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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* N( h7 C) m- i" L9 v& o; J
4 H$ O# G# K% y3 A" ^4 p7 X8 L
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。
4 D0 S4 o2 q0 q 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。' {' f6 H0 l- i5 T$ o6 J1 a
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%。
" \! R2 | S. K( B( k" G, S 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。
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8 h1 c$ L4 w& I! J4 i3 V1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案/ F0 G5 B- s i" s3 d. Y5 [
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
% C1 ~" ?. X" G: G0 \$ M; Z) T (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。' L6 M# u8 T9 r
2 时效结果的测定 2.1 测试设备* r B2 L5 U: @
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
g8 D& I, W Y( }6 Z, X/ 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
3 u4 O, o" ]5 z; c6 Z f(MPa) | 时效后
% I+ p p, e* @0 h) m! _: \(MPa) | 消除
0 f+ W3 c& Q5 }- `(%) | 平均
. A5 L6 s7 G$ p9 H+ P(%) | | 热时效 | 3393
9 a) a1 m$ ^9 \+ h8 H6 }1 n a$ ?3394 | 14.8# u, n& Q) p7 ]
13.7 | 7.0. G" J+ ^8 Z! Z5 h* Q
5.4 | 53
% N9 d# }& J9 v9 Q2 ~7 @% g61 | 57 | | 振动时效 | 3395" {( B- b! G5 O$ b
3396 | 15.7; H+ n: o! }& D+ T" y: e: `
15.4 | 8.1
2 \3 ?5 D2 b3 z1 H9.0 | 48/ q2 P5 A. v7 t: U
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
" b# w5 N( F, `6 P 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。
" N6 Y) X$ a7 m7 Q1 `* c' E/ u4 l8 l5 i
3 其它铸铁件应力测试结果
. x4 E4 B4 E, G, |0 ^ 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）。
: f9 p5 {7 ~4 U: Q表3 测试结果 | | 名称 | 时效前
9 a9 M6 Q2 o+ I(MPa) | 时效后' r O0 j5 v5 ?$ F- d' M# l
(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台
6 x$ m- u' D. r3 m) \并条 | 238 a/ C2 n! @ d+ T
10 | 7
" u, O0 C& C+ Q. z/ Q5 | 70, F2 ~2 w# @5 t8 f" M
50 | | 振动时效 | 工作台
. |6 m; I0 U6 q# n" _8 E% T0 d并条 | 21
9 d" H3 F. y+ P( Z13 | 8
) D7 e& j$ @8 b# K" }6 c- a# v6 | 62
1 \* O1 P6 ^+ k4 |8 T( Z( B) \54 |
4 经济效益分析
6 d, h# L: T' w/ j8 z$ m 通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。8 ?% c) \: C4 j* H+ l1 ]7 v% o
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 |
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。
& T- |. I) L2 ]
: I) N+ u! ^# f% z' N2 F5 结论
, R! e' Q$ p5 K; c 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。0 ^( v# d: G& ]* ]$ I
" s/ ?: A: G! } B, t+ l& }
[ 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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