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某工廠是生產(chǎn)石油機械和煉油化工設(shè)備的廠家,其中,生產(chǎn)抽油機所需的鑄鐵件,種類繁多,時效量大。例如灰鑄件曲柄,就有50多個品種。由于在鑄造生產(chǎn)過程中,曲柄件內(nèi)部產(chǎn)生鑄造應(yīng)力,影響到曲柄的尺寸精度和使用性能,因此必須進行時效處理。
傳統(tǒng)的鑄鐵件時效方法為熱時效,但這種時效方式耗能大、成本高、污染環(huán)境,且爐溫均勻性差,容易產(chǎn)生二次殘余應(yīng)力。為了節(jié)約能源,降低成本,廠家選擇了振動時效新技術(shù)來代替熱時效方法。
振動時效工藝操作定及結(jié)果判斷
試驗前的準備
首先,測試件選擇了一個具有代表性的曲柄件。材質(zhì)HT250,外形尺寸3385*800*230mm,重3440kg。設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-700A交流振動時效設(shè)備,采用高速變頻伺服電機,激振力大、壽命長、時效效果好。
在初步確定工藝方案時,將曲柄用四個橡膠墊平穩(wěn)地支撐在工作臺上,激振點選在曲柄的一端,加速度傳感器放在曲柄的另一端。 在曲柄表面散上沙粒,啟動振動時效裝置。偏心輪檔位選擇從1檔開始,然后逐步遞增1檔,直至找到共振頻率,并分別進行第一次掃描試驗。
振動時效工藝參數(shù)的確定
振動時效工藝參數(shù)選擇主要包括以下7個內(nèi)容:①支撐點的選擇,②激振點的選擇,③偏心輪檔位選擇,④加速度傳感器安放位置,⑤主振頻率的確定,⑥振動時間的確定,⑦激振力的選擇。
支撐點的選擇
當偏心檔選擇7檔時,曲柄出現(xiàn)共振現(xiàn)象,沙粒產(chǎn)生劇烈的跳動,沙粒聚攏外為波谷,反之為波峰。因此,根據(jù)第一次掃描結(jié)果,支撐點選在距曲柄兩端大約800mm的位置,以便減小振動能量而獲得較大的振動幅值。
激振點的選擇
激振點選在共振的波峰處,即曲柄的右端,將激振器用C型夾具固定。
偏心輪檔位選擇
偏心輪檔位選擇7檔最為合適。
加速度傳感器安放位置
傳感器擰上磁座,將其吸附在曲軸共振時的波峰處。
主振頻率的確定
一般情況下,時效處理可在一階亞共振區(qū)進行,亞共振區(qū)是指共振峰前沿,這樣可以避免應(yīng)變的硬化、軟化和疲勞損壞,并且振動效果穩(wěn)定。當偏心輪選擇7檔時,才能找到曲柄共振頻率為3920rpm。其他檔位由于電機過載而停機,因此,主振頻率確定為3820rpm最為合乎要求。
振動時間的確定
據(jù)資料介紹,鑄件重量在1-4.5噸時,振動時間為20-30分鐘。在試驗過程中,取振動時間為20、25和30分鐘,分別進行振動時效處理,其結(jié)果見圖1。
激振力的選擇
激振力的選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的不同材質(zhì)、幾何形狀以及重量等因素來確定所需要的激振力大小。轉(zhuǎn)速為3820r/min,檔位為7檔時,激振力為700kgf。
時效結(jié)果判斷
圖1 曲柄特性曲線比較
從圖1可以看出,當振動時間為20、25分鐘時,時效效果不明顯,而當時間為30分鐘時,幅值升高、頻率左移、頻帶變窄,判斷為時效效果最佳。通過大量實驗也證明,振動時間取30分鐘最為合適,這樣保證了曲柄的尺寸精度和使用性能。
另外,我們對多個不同規(guī)格的曲柄也進行了振動時效處理,結(jié)果達到了預(yù)期目的。通過長期的生產(chǎn)應(yīng)用,我廠認為采用振動時效技術(shù)處理曲柄件是切實可行的。
結(jié)論
⑴應(yīng)用振動時效技術(shù)和熱時效相比較,耗能低、成本低、生產(chǎn)周期短、效率高、經(jīng)濟效益顯著。
⑵振動時效技術(shù),適用于我廠生產(chǎn)的各種曲柄件。