产品别名 |
振动消除应力设备 |
面向地区 |
全国 |
一、振动频率的确定
在共振状态下，可用小的振动能量，使工件产生大的振幅，得到大的动应力和动能量，从而使工件中的残余应力消除的更，工件获得的尺寸稳定性效果更好。
振动时效中的共振状态，是在外部激振器激振力的持续作用下，零件处于“受迫振动”时的一个特殊状态。它的条件是激振频率接近工件的固有频率，这时振动特性中的振幅—频率曲线出现一个峰值，振幅的陡然增大对振动时效产生附加动应力有利。
工件在振动时效时是一个振动体，它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统，当该系统进行自由振动时，根据振动学原理，它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。这个频率是由系统固有性质所决定的，称为固有频率。
振动时效中一个工件和它的支撑体组成振动学中一个质量和一个弹簧的振动系统，它的固有频率可用下列通式表示：
（4-1）
式中：-----固有频率（HZ）；K---弹簧的刚度（Kg/cm）；
m---振动体质量（Kg）。
图4-1示出了某均质等截面梁弯曲的频率及相应的振型。
由振动频率的方程解及上图可知，具有几个自由度的振动系统，有几个固有频率，按低至高
我们经过十几年的实践经验和理论研究，在工件的支承和激振器的装夹方面总结出一下几个基本原则。
当工件长：宽＞3，长：厚＞5时，则认为工件属于梁型件类，橡胶垫应在距端部2/9长度处，激振器卡在中间或一端，传感器洗紧在另一端，如图4-4。
．当工件的长≈宽，长：厚＞5时，则认为工件属于板型件类。可在距端部1∕3长度处放上四个橡胶垫，激振器卡在中间或一端，传感器吸紧在另一端，如图4-5。
．当工件的长≈宽≈高时，则认为工件属方型件类。橡胶垫可采用三点支承方式，激振器放在单支点侧的端部，或工件顶面的中间，传感器放在另一端部，如图4-6。
．当工件为圆环时，橡胶垫在圆环底部采用四个或三个对称支承，激振器夹在两个橡胶中间，传感器放在另两个橡胶垫中间，如图。
．当工件为轴类件时，按梁型件类支撑，若轴的刚性交差，可采用悬挂方式处理。
．当工件较小，属小件类，可采用振动台的方式进行集中处理，但振动台的设计计算比较复杂，采用这种工艺应请有经验的振动时效设计，方能取得较好的时效效果。
．当工件较大，当刚性太强时，可采用定速定时工艺处理。
振动时效对工件抗变形能力的影响
零件的变形不仅取决于残余应力的大小和分布，还与松弛刚性和抗变形能力有关。振动时效不仅能够减小和均化残余应力，还可提高材料的抗变形能力。对振动处理后的工件进行加静载和加动载试验，可证实这一点。
试验证明了振动处理的铸件比不经时效的铸件抗静载能力提高30﹪左右，抗动载能力提高1~3倍，抗温度变形能力也提高近30﹪。与经过热时效的铸件相比，振动件的抗静载能力提高40﹪以上，抗动载能力提高70﹪。
工件经振动时效后抗变形能力的提高可用循环加载下工件材料弹性性能的提高来解释。而振动时效实质上是对工件附加一种循环动应力。例如在5kg∕mm2动应力下的弹性模量提高10-20﹪，而在10kg∕mm2时提高30-50﹪。
常用的几种残余应力测试法
.切割法、套环法：
这两种方法的基本原理是一样的，就是在被测点附近，先贴上应变片，然后再用手锯或铣床，在这一点附近切割出方格线，使之与邻近部分分开以释放残余应力，并用应变片测出应变量，再计算出该点处的残余应力值大小。
.盲孔法：
切割法和套环法具有较大的破坏性，因此目前应用较为广泛的残余应力测试方法是钻盲孔法。钻孔法测量残余应力就是在被测点上钻一小孔，使被测点的应力得到部分或全部释放，并由事先贴在小孔周围的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力。钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较好的精度，因此它已成为应用比较广泛的残余应力测试方法之一。
X射线法：
X射线法测应力的基本原理是，利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象。在弹性应变作用下，引起晶格间距变化，使衍射条纹产生位移，根据位移的变化即可计算出应力来。
X射线法测应力的特点如下：
它是一种无损测试方法。
它测量的仅仅是弹性应变而不包括塑应变（因为工件塑性变形时其晶面间距并不改变，不会引起衍射线的位移）。
被测面直径可以小到1～2mm。因此可以用于研究一点应力和梯度变化较大的应力分布。
由于穿透能力的限制，一般只能测深度在10um左右的应力，所以只是表面应力。
对于能给出清晰衍射峰的材料，例如退火后细晶粒材料，本方法可达10Mpa的精度，但对于淬火硬化或冷加工材料，其测量误差将增大许多倍。
磁测法：
磁测法测量残余应力是近年来发展起来的一种新方法，它具有较大的发展前途，设备简单、使用方便，它不仅可以测残余应力也可以测载荷作用下的应力。在磁场面的作用下，应力产生磁各异性，磁导率作为张量相似，通过传感器和一定电路，将磁导率的变化转为电信号，输出电流（或电压）反映应力值的变化。该方法测量误差与工件表面情况有关。
一项振动时效工艺是否成功，其后的检测方法应是残余应力的变化率和尺寸精度保持性的测试。但是振动处理过程中采用上述两种参数是不可能的，它是需要长时间和复杂的测试过程。通常在实际生产应用的控制过程中往往采用振动时效前后幅频特性参数曲线和振幅-时间参数曲线测试法并按JB/T5926-91标准中第4.1条款或JB/T10375-2002标准中的第6.2条款验收来实现的。
（a）幅频特性曲线扫描法
图6-1幅频特性曲线二次扫描图
（图中实线为振前所测曲线、虚线为振后所测曲线）
在振动处理过程中随着残余应力的下降，构件的内阻尼减小，所以在幅频特性曲线上所表现出的是固有频率的下降，（如图6-1中所示f1变为f1′）、共振峰值的增高、频带变窄。振动处理前测得的幅-频特性曲线和振后幅频特性曲线对比可求出各参数的变化量△f,△h和△u。经过多个试件处理后可把这些变化量的统计值确定下来。这样就可在生产应用时进行监测。
如果生产中所得的参数变化与确定的数值相近，说明振动处理的效果已达到。如果远远偏小，说明效果欠佳，尚需在激振参数（主要是激振力）上做适当调整，或支承方式上需做调整。
总之，幅-频特性曲线监测法是国内外普遍采用的较为成熟的方法。
（b）振幅-时间曲线监测法
幅-频特性曲线是振动处理的前后进行的，且频率在不断的改变。有时为了获得更好的曲线。这要比种方法更为简单，它既可以通过振幅的变化来控制振动处理的有效时间，又可以通过振幅的变化量来监测残余应力的变化情况。
某厂成批生产的B1010A刨床的床身，材质为HT200，重量问6500kg，轮廊尺寸为6900×980×580mm，为典型的梁型件，我们用四个橡胶垫在床身下面距端部2/9L即1530mm处将床身支撑起来。该床身两头为油箱，中央夹激振器不方便，所以我们把激振器用弓形卡具卡紧在床身端头油箱处。加速度计用磁铁吸紧在床身的另一端头。如图7-1
用VSRDS-08型振动时效装置对床身进行扫频处理，测得其一阶固有频率为2334r/min,即38.9Hz，共振加速度值为48.9m/s2。这时K2型激振器的偏心率调在26%（本激振器偏心装置在0～范围内无极可调）。
我们按峰值48.9m/s2 的1/2确定振动频率为2303r/min振动处理约10分钟，加速度值基本保持不变了，再处理3分钟，即共13分钟。然后再对床身进行扫频处理，发现共振频率已发生前移，峰值已升高，符合JB/T5926—2005验收标准中第4.12条第c、d两项验收指标，达到消除和均化残余应力的目的。
