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理论上，就单纯以消除应力为目的，振动时效处理完全可以取代热时效处理，既节能环保、方便易用，又可以提高生产加工效率。 摘要 通过对机座及其它铸铁件进行振动时效和热时效处理，用X射线衍射法测量其时效效果，得出振动时效能消除残余应力的42%～62%，热时效能消除残余应力的50%～70%。 关键词 残余应力 振动时效 热时效4 |* x/ M/ ]3 @5 `- j
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铸件凝固以后在冷却过程中会产生残余应力，残余应力对铸件质量影响大，尤其在交变载荷作用下的工件，当载荷作用方向与残余应力方向一致时，内外应力总和可能超过材料的强度极限，严重时使铸件局部或整体断裂；有残余应力的铸件，经机械加工，往往会发生变形或降低零件精度。因此，消除或降低铸件内部的残余应力是十分必要的。
+ U9 ]0 m1 t0 C s+ j8 O2 D 传统的时效方法是热时效，这种方法耗能大、成本高；环境污染严重；生产周期长、不易配炉；更重要的是炉温均匀性差，升、降温速度不易控制，易产生二次残余应力、微观裂纹，甚至造成铸件报废。: V) N! y* N' k: t# U
振动时效能消除铸件内部残余应力的20%～80%，热时效能消除铸件内部残余应力的50%～80%，且振动时效所消耗能源仅为热时效的5%。' d# I$ j( H, A9 w! X7 U
为了能给企业创造更高的经济效益，本厂采用振动时效这项新技术，首先选择铸铁件Z01.1.18机座(材料HT 200，单重900kg，最大壁厚50mm，最小壁厚20mm)。对其进行振动时效和热时效处理，然后用X射线衍射法分别测量其时效结果。7 R% c5 e3 J' f e& F- q+ t( l
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1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案
7 ^ v- P- z5 u5 t1 \" n: u! u) r 热时效是将铸件加热到塑性状态的温度范围，在此温度下保温一定的时间，使应力消除，再缓慢冷却，机座的热时效工艺如图1所示。 1.2 振动时效工艺方案
1 C+ c0 |6 \' F8 y" e% A7 |8 ` (1) 支撑点的选择、激振点的确定、传感器的安放位置见图2所示。 图1 机座热时效工艺 图2 机座 (2) 工艺参数见表1所示。 表1 工艺参数 | 档位 | 主振频率 | 激振时间 | 振前 | 振后 | | Vo/V | Io/A | Vt/V | It/A | | 3 | 4820r/min | 30 | 129 | 3.5 | 126 | 2.8 |
+ I/ I) B6 d9 e9 m (3) 特性曲线见图3所示。2 ]( f l7 S; ]) L* q8 |8 t
2 时效结果的测定 2.1 测试设备+ T1 a( k5 ]" Y( }& [% N g- s
测试设备为X射线应力测量仪，见图4所示。 图3 特性曲线 图4 X射线应力测量仪 2.2 应力测试
% X4 M& `. K9 w0 S+ ? 根据机座的结构，A点(见图2)残余应力较大，为易裂部位，因此，对A点振动时效前、后，热时效前、后分别进行应力测量，测试数据见表2。 表2 测试数据 | | 铸号 | 时效前& @8 O+ W1 V+ k1 E4 q9 G% h
(MPa) | 时效后" I* J1 Y0 @! {/ _8 I' ?4 @" P
(MPa) | 消除3 f, R) S: G" q: \/ c# ]1 b, b
(%) | 平均8 {# A. _3 p. q& o% a* r2 F
(%) | | 热时效 | 3393% p9 q, a9 O2 K# Y( R
3394 | 14.8
$ x/ ~8 s. o4 {( f7 }13.7 | 7.0
6 N% B$ _$ E) E9 S, ]& I$ m5.4 | 531 g; G" d& m- P. H/ b
61 | 57 | | 振动时效 | 33956 [/ |' p7 N! C6 W) g) g
3396 | 15.7
6 [ s6 ]6 s% A15.4 | 8.1
- }! o6 @) x& z Y9.0 | 480 _/ N6 b! p4 u- ?% _; A. F
42 | 45 |
注：此项测试结果是1993年4月完成的 2.3 测试结果分析% R2 p+ X8 K0 U
从表2测试数据来看，热时效能消除机座A点残余应力的51%，振动时效能消除残余应力的45%，结果比较理想，也符合资料上的介绍情况。' b; f7 o2 p c. A
) K3 }' t) @$ e1 S' N3 g5 o
3 其它铸铁件应力测试结果
4 N* @$ o# A1 I3 y! T( t 除了对机座进行应力测试外，对工作台、并条等铸件也采用同样的方法进行测试，结果也与预期的相吻合（见表3）。
3 R) @- _! o5 [+ j$ H表3 测试结果 | | 名称 | 时效前
; w6 |+ @* t# e$ D3 U- j(MPa) | 时效后
- _; H# X& D! t0 q(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台
1 l# U, U. z- ?% F; k4 e5 Y7 k并条 | 237 T& r% h; _+ W) n
10 | 7: W0 B( E! U4 i2 C# p
5 | 70! ]# s# D# _/ ~. c. B# v
50 | | 振动时效 | 工作台5 [% |# g$ c/ R: A; f% q% p
并条 | 21. a" I% f& ^' F+ k' n8 A; V
13 | 8' T' }% W% o0 ]$ H! y8 ^. q' r
6 | 62# u7 p( K: y% Q. U3 Q! c; {
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8 ~# C" z/ C5 W+ h4 经济效益分析5 o5 y1 T# H: J: e! R
通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。' d5 u( A3 y2 w, c2 t" ?
表4 热时效、振动时效、成本比较 | | 耗能(元/t) | 成本(元/t) | | 热时效 | 21.14 | 119.20 | | 振动时效 | 0.76 | 2.00 |
" Y8 l: V5 z2 e/ X y 从表4来看，振动时效比热时效节能(21.14-0.67)÷21.14×100%=96.8%，成本降低(119.20-2.00)÷119.20×100%=98%。由此看来，振动时效新技术与热时效相比经济效益十分显著。. A& ?9 Z; R, P! f0 s0 ?% o' W
& N- [3 m8 `$ X; u! ] A' Z5 结论
( b! x! g- F% }0 D( B) Y 通过采用X射线衍射法测量铸铁件器热时效与振动时效前后的残余应力，说明热时效能消除残余应力的50%～70%，振动时效能消除残余应力的42%～62%，振动时效比热时效节能96.8%，成本降低98%。振动时效是一项可广泛应用的新技术。& o2 K, K8 @+ F5 A
3 x' I6 W, D0 ]8 }[ 本帖最后由 fanuc_zgj 于 2009-6-1 09:22 编辑 ] | 
发表于 2009-6-1 09:18:14
发表于 2010-5-15 09:34:08
发表于 2011-1-9 11:02:23