振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做时效振动机。它是将一个具有偏心重块的电机系统(称做激振器)安放在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,通过控制器起动电机并调节其转速,使构件处于共振状态。约经20~30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。
振动时效之所以能够部分地取代热时效,是由于该项技术具有一些明显的特点。 振动时效的几个重要参数是:“支撑点、振型、激振点、加速度、固有频率、时间”其中振动加速度、共振频率、共振时间是 决定工艺效果的主要参数。
振动时效有什么特点?
1.适用性强
由于设备简单易于搬动,因此可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到几百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对一些大型构件无法使用热时效处理时,振动时效就具有更加的性。
2.节省成本
振动时效只需30分钟即可进行下道工序。而热时效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、电等能源。因此,相对于热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用90%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的投资。
3.机械性能显著提高
经过振动处理的构件其残余应力可以被消除20%~80%左右,高拉应力区消除的比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。可以提高构件抗变形的能力,稳定构件的精度,提高机械质量。
振动时效设备的构造和工作过程详解
机械加工过程中,为了零件在毛坯或粗加工情况下仍然具有的切削性能,需要对毛坯或粗加工的轴类零件进行消除内部剩余应力的处理。这种消除内部剩余应力的处理技能主要有两种,一种是调质处理,另一种是振荡时效消除应力。其中,振荡时效处理是经过振荡的方法给轴类零件施加一个动应力,当施加的动应力与轴类零件自身的剩余应力叠加后,到达或材料的微观屈从极,轴类零件就会发生微观或宏观的部分、全体的弹性塑性变形,一起下降并均化轴类零件内部的剩余应力,终究到达避免轴类零件在车削等精加工工序及投入使用后的变形与开裂,稳定轴类零件的尺寸与几许精度。 现在,对包括轴类零件在内的零件进行振荡时效处理的遍及方法是,将毛坯或粗加工好的零件从机床上卸下,搬移至振荡时效处理场地、放置在具有必定弹性的支撑体上,再将激振器安装在被处理零件上、经过激振器对被处理零件输出消除内部剩余应力的激振力,待振荡时效处理好后,再将零件搬移至对应机床进步行相应的精加工。
残余应力的存在,一方面使工件会降低强度,工件在制造时产生变形和开裂等工艺缺陷。另一方面工件在制造使用后会慢慢的降低金属材料的疲劳强度,焊接处锈蚀,腐蚀加重,从而造成使用中的质量问题,因此残余应力的消除有着很重要的意义。
什么叫残余应力?
物体受外部作用(主要是力和温度)等引起的变形(或者有变形的趋势),其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用力,称为内力,单位面积上的内力称应力。外力撤销后,存在于物体内部的应力,称为残余应力。
残余应力是工艺过程的结果,主要有铸造应力、焊接应力、加工应力和热应力等。物体内部应力积累达到一定程度或局部应力急剧增大的现象,叫应力集中,应力集中是物体产生疲劳破坏的主要原因。
金属构件在锻压、切削、铸造、焊接等加工过程中,由于受力或受热不均匀,内部产生不均匀的塑性形变,加工完后,都存在残余应力。残余应力是金属构件开裂或变形的重要原因,地影响金属构件的疲劳强度和尺寸精度的稳定性。
传统振动时效应用上存在的问题
振动时效技术虽然在、节能、环保等方面有着非常明显的优势,但传统的振动时效技术也就是亚共振技术也确实存在着几十年未能解决的技术难题,无法纳入正式的工艺生产流程,也始终没有受到广泛企业的认可,得到大规模的应用。
从微观上看,只要温度在零度以上,金属原子始终处子运动中,由子剩余应力的影响,这些原子处子不平衡运动状况,但它们力求回复平衡位置,这就需求能量。振荡时效就是给金属构件提供机械能,使的约束金属原子复位的剩余应力开释,加快金属原子回复平衡位置的速度。
从金属物理学上看,振荡时效的进程实质上是金属材料内部晶体位错运动、增殖、塞识和缠结的进程。因为金属材料存在位错,所以在构件内部发生的交受动应力与内部的剩余应力彼此叠加,在应力较高的区域就可发生位错滑移,出现细小塑性受形。位错滑移是单向进行线性累识的,当微应变累识到一个宏观量,金属安排内剩余应力较大处的位错塞积得以交替开通,部分较大剩余应力得以开释,构件宏观内应力随之松懈,使剩余应力的峰値下降,改受了构件原有的应力场,终使构件的剩余应力降低并重新散布,使较低的应力到达平衡。位错塞积后造成位错移动受阻,然后强化了基体,提高了构件抗变形能力,使构件的尺度精度趋于安稳。
振荡时效机 金属构件在焊接、铸造、锻造和机械加工等工艺过程中,其内部将发生剩余应力,地影响了构件的尺度稳定性、刚度、强度和机械加工功能等。“时效”是下降剩余应力使构件尺度精度稳定的办法。目前用于消除剩余应力的通用办法有:热时效、天然时效和振荡时效。