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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& g2 E9 Y& ]) x0 b) M3 O) z: O
) E+ n/ M) x! z( j5 C 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。$ q4 h) A) a9 e8 E
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。
0 m0 w1 |$ i; K. U0 o2 \* r 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%。
6 e6 Y+ c$ o3 s" B 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。8 n; R2 }9 W0 X# `4 K C5 O% Q
" w2 O; \, j; q! P1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案
% ~- u. V* P' j/ _. I 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4 Q9 i% h. m) l' v/ q3 f% P
(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 |
(3) 特性曲线见图3所示。
5 ?: W* a9 \9 W: s2 _2 时效结果的测定 2.1 测试设备! K2 z, e& _- w2 a# g
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
* `! e+ [, F7 S, B8 {, 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0 A4 F9 t: f. r3 e9 Q7 D2 C
(MPa) | 时效后8 K! p# w. ^8 t1 m
(MPa) | 消除
# j$ Z) {: |% {! Q/ p" a(%) | 平均$ A' w$ q5 \4 {5 G
(%) | | 热时效 | 3393& ^6 S3 U! _) N# Q7 k; A
3394 | 14.8
1 ?7 Z- N8 V+ e# w( _; L# y13.7 | 7.04 _+ N# G& C2 a; v
5.4 | 53/ Q4 o: f. z/ C, v
61 | 57 | | 振动时效 | 3395) I. v$ @ u( v# g- S5 O2 d i
3396 | 15.7
4 M& F$ S1 ]8 s6 J0 J5 r# L15.4 | 8.1' {! c& D8 w! `
9.0 | 48
; u7 M, c5 K: ^" |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
$ }: y. d6 @+ ` 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。
3 X( u! \3 I! W6 M! a0 w1 \5 c7 ^+ k0 a* h9 t3 U ^* @) b
3 其它铸铁件应力测试结果( U+ F% u8 p) P3 [3 Z; E+ |+ \1 m
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）。8 X8 q/ W8 p/ h* d* @ f4 J+ s2 y
表3 测试结果 | | 名称 | 时效前
, ?; @2 a, x P( M8 D3 l$ k6 j t* B(MPa) | 时效后
( I1 h7 _- z! `5 J3 [6 C) q' C(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台0 X0 `+ Q) }: G { v1 K+ M s
并条 | 234 m3 ^2 |& L: F3 T* u
10 | 7 p) S% W- d! i
5 | 70
- H' Y7 i& l, S$ O: p50 | | 振动时效 | 工作台" k7 ]. E( M& Y; J8 O
并条 | 21
7 W. @2 w& O7 N4 ^3 _4 u13 | 8) O1 e9 c4 n2 r8 h
6 | 629 V8 j9 S$ }/ o' Q) ^
54 |
; x& d: z7 Y& I. d/ C T( i4 经济效益分析1 u$ Q: Y1 o$ R& @3 X5 N
通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。6 C; s) j, h0 a9 m: T* s2 ?
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 |
3 n$ N( B) Y3 D 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。
4 P$ Q5 c2 i; P N4 h* A+ \* N) _' e* D( |- f
5 结论, P' L+ g& I9 h/ C" S6 u( w3 S/ k
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。
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[ 本帖最后由 fanuc_zgj 于 2009-6-1 09:22 编辑 ] | 
发表于 2009-6-1 09:18:14
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