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振动时效工艺时效性的分析,失效的原因可能有哪些
发布时间:2018-11-12   点击次数:328次

  振动时效工艺时效性的分析,失效的原因可能有哪些
  
  振动时效振前工艺分析工件时效前需分析工件的残余应力场分布,尺寸要求精度,以及以后的工作载荷,可能的失效原因,然后再决定工件的时效路线及时效重点部位。
  
  一.尺寸精度分析
  
  1.若要求直线度,或圆柱度,同轴度等,应重点消除中间部位的应力,因为相对端部,中间的应力在加工前后及工况下若有变化的话,从端面看,各方向都能产生弯曲振型
  
  2.若要求平面度,也是重点消除中间部位的应力,但除采用弯曲振型外,还必须采用扭转振型。
  
  3.若要求同轴度,如箱型工件,应尽量用大激振力,选用弯曲和扭转振型结合。
  
  二.工作载荷
  
  若以后工作载荷主要产生弯曲变形,则应采用弯曲振型;若以后工作载荷主要产生扭曲变形,则应采用扭转振型。
  
  三.工况失效原因
  
  若以后可能出现的是变形问题,可以用大激振力进行振动;若以后出现的是开裂问题,则应尽可能选用小激振力,长时间振动。
  
  振动时效概述
  
  1.振动时效原理
  
  振动消除应力简称VSR(VibratoryStressRelief),它是利用受控振动能量对金属工件进行处理,达到消除工件残余应力的目的。
  
  国内外大量的应用实例证实,振动时效对稳定零件的尺寸精度具有良好的作用。
  
  从宏观角度分析,振动时效使零件产生塑性变形,降低和均化残余应力并进步材料的抗变形能力,无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因。从分析残余应力松弛和零件变形中可知,残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布,使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力,特别是危险的峰值应力。振动时效同样可以降低残余应力。零件在振动处理后残余应力通常可降低20%~30%,有时可达50%~60%,同时也可使峰值应力降低,使应力分布均化。
  
  除残余应力值外,决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松弛刚性,即零件抗变形能力。有时固然零件具有较大的残余应力,但因其抗变形能力强,而不致造成大的变形。在这一方面,振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载试验结果可知,振动时效件的抗变形能力不仅高于未经时效的零件,也高于经热时效处理的零件。通过振动而使材料得到强化,使零件的尺寸精度达到稳定。
  
  从微观方面分析,振动时效工艺可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应力。众所周知,工程上采用的材料都不是理想的弹性体,其内部存在着不同类型的微观缺陷,无论是钢、铸铁或其他金属,其中的微观缺陷四周都存在着不同程度的应力集中。当受到振动时,施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。当应力叠加的结果达到一定的数值后,在应力集中最严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形,降低了该处残余应力峰值,并强化了金属基体。而后,振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用,直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止,此时,振动便不再产生消除均化残余应力及强化金属的作用。图是振动时效工艺处理的现场,其中控制器是控制激振器产生所需振动能量、频率;激振器是刚性连接在工件上,产生激振力,带动工件产生振动的设备,由电机与偏心轮组成;通过传感器,获取工件受振能量信息。
  
  振动时效特点
  
  振动时效之所以得到各方面的普遍重视,是由于它具有如下特点:
  
  (1)投资少:与热时效相比,它无需庞大的时效炉,可节省占地面积与昂贵的设备投资。现代产业中的大型铸件与焊接件,如采用热时效消除应力需建造大型时效炉,不仅造价昂贵,利用率低,而且炉内温度很难均匀,消除应力效果很差。采用振动时效可以完全避免这些题目。目前对长达几米至几十米的桥梁、船舶及化工器械的大型焊接件,多采用振动时效。
  
  (2)生产周期短:自然时效需经几个月的长期放置,热时效亦需经数十小时的周期方能完成,而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。而且,振动时效不受场地限制,可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上,不仅使生产安排更紧凑,而且可以消除加工过程中产生的应力。
  
  (3)使用方便:振动设备体积小,重量轻,便于携带。由于振动处理不受场地限制,振动装置又可携至现场,所以这种工艺与热时效相比,使用简便,适应性强。
  
  (4)节约能源,降低本钱:在工件的共振频率下进行时效处理,耗能极小。实践证实,功率为0.25~1马力(1马力=735.5W)的机械式激振器可振动150t以下的工件,故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3%~5%,本钱仅为热时效的8%~10%。
  
  (5)其他:振动时效工艺操纵简便,易于实现机械化自动化;可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷,是目前唯一能进行二次时效的方法。

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