齒輪箱加工殘余應力消除方法

在焊接、沖壓、鑄造和其它許多加工過程中，金屬工件均可能形成殘余應力。在許多情況下，殘余應力的存在對工件是有害的，如降低工件強度和疲勞極限，造成脆性斷裂，加快工件在腐蝕大氣中的腐蝕速度等。分布不均勻的殘余應力會對工件尺寸精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生非常不利的影響。通常消除殘余應力會采用自然時效、熱時效、振動時效等方法。

振動時效在國外被稱為VSR技術。簡單地說，就是用振動的辦法，反復地對有殘余應力的工件加循環(huán)載荷，使工件產(chǎn)生一定的塑性變形，隨之殘余應力得到松弛，從而使工件的尺寸穩(wěn)定下來。

振動時效在齒輪箱加工中的應用

本次案例中的齒輪箱體是鑄鐵件，外形尺寸為790mm×760mm，厚度為105mm。箱體內部是空腔，壁厚為15mm，屬于薄壁件。箱體兩端面為7級精度要求，表面粗糙度值Ra=3.2μm。兩端面是在立式車床上經(jīng)過粗、精車兩道工序加工，加工后經(jīng)過檢驗，兩端面的平面度、平行度超差。經(jīng)過分析認為，薄壁件在加工過程中易產(chǎn)生塑性變形、熱變形和殘余應力變形，而加工殘余應力是引起零件在加工中變形的主要原因，因此有必要消除加工殘余應力。

振動時效工藝方案設計

工藝路線的確定　為了消除齒輪箱體加工殘余應力，決定在原工藝路線中增加一道振動時效處理工序。根據(jù)振動時效的技術要求及安排，應在粗加工后、精加工前增加振動時效工序。工藝路線對比如下。原工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→精加工。新工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→振動時效處理→精加工。

裝夾方式　激振器裝夾方式有兩種，一種是直接裝夾方式，直接用弓形鋼把激振器裝夾在工件上，適用于大型、產(chǎn)量少的工件;另一種是輔助工裝裝夾方式，激振器不能直接裝夾在工件上，需要通過時效平臺對工件進行時效，適用于小型、產(chǎn)量大的工件。鑒于該齒輪箱體屬于小型工件，且產(chǎn)量較大，因此采用輔助工裝裝夾齒輪箱體，進行振動時效處理，振動效率高。

然后，選擇激振點位置，工件的定位壓緊等操作。準備好后，通電進入主程序—選擇對應激振器型號—時效方式—頻譜諧波—運行—進行頻譜分析，自動選出對工件處理效果*佳的七個諧波峰，從中選擇五種振形處理。

時效后效果驗證

時效后的結果依據(jù)GB/T25712-2010振動時效效果評定方法進行判定，出現(xiàn)下列情況之一時，即可判定為達到振動時效工藝效果：

①振幅-時間(a-t)曲線上升后變平。

②振幅-頻率(a-f)曲線振后比振前的峰值升高、峰值點左移。

經(jīng)試驗，得出振幅-時間(a-t)曲線如圖1所示。

圖1 振幅-時間(a-t)曲線

時效后效果顯示，曲線先上升后變平，加速度基本維持在12.1g左右；a-f曲線評價，振后峰值比振前峰值升高且峰值點左移。試驗結果符合GB/T25712-2010振動時效效果評定方法中規(guī)定的判定條件，因此判定振動時效可達到工藝要求的效果。

結語

采用振動時效工藝消除薄壁件加工中存在的殘余應力，最終使齒輪箱兩端平面的平面度、平行度達到了設計要求，說明振動時效工藝對消除加工殘余應力十分有效。