振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在碟閥體中的應用
時(shí)效是消除機械加工零件殘余應力的基礎工藝。振動(dòng)時(shí)效在70年代起源于美國，后來(lái)在德國、英國、法國得到了廣泛的應用，我國從80年代初開(kāi)始引進(jìn)使用振動(dòng)時(shí)效工藝。由于振動(dòng)時(shí)效是一種高效、節能、環(huán)保及低成本的時(shí)效方法，與傳統的熱時(shí)效和自然時(shí)效相比，振動(dòng)時(shí)效具有生產(chǎn)周期短，場(chǎng)地簡(jiǎn)單靈活方便，生產(chǎn)費用低，無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。由于振動(dòng)時(shí)效的無(wú)比的優(yōu)越性，又適應現代工業(yè)對能源和環(huán)保的要求，應用振動(dòng)時(shí)效是企業(yè)改進(jìn)傳統工藝提高市場(chǎng)競爭力的最佳選擇，目前在某些方面已取代了傳統的熱時(shí)效和自然時(shí)效。
1、振動(dòng)時(shí)效機理及裝置的原理
1.1、振動(dòng)時(shí)效機理
工件在毛坯制造及切削加工等過(guò)程中，使內部產(chǎn)生殘余應力，致使工件處于不穩定狀態(tài)，降低了尺寸穩定性和機械物理性能。振動(dòng)時(shí)效工藝是通過(guò)錘擊來(lái)消除金屬工件中的殘余應力的。工件在周期外力作用下產(chǎn)生共振，共振中交變動(dòng)應力與工件內部殘余應力疊加，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，材料發(fā)生局部屈服，導致晶內和晶界錯位產(chǎn)生滑移，原子從不穩定位能高的位置移向較穩定的位能低位置。經(jīng)過(guò)此過(guò)程，工件宏觀(guān)殘余應力得到遷移、降低和均化，從而降低或消除工件的內部殘余應力。
1.2、振動(dòng)時(shí)效裝置的原理
機械振動(dòng)時(shí)效裝置主要包括激振器、控制主機、加速度傳感器、支撐橡膠等部分。主要功能是控制激振器在某個(gè)激振力輸出水平，在一定頻率(轉速)范圍對任一頻率以較高的穩頻精度工作.尤其是共振峰前后負載特性變化較劇烈的情況下，并記錄、識別和輸出有關(guān)時(shí)效曲線(xiàn)及參數。其工作原理圖如圖1 所示。
2、碟閥箱體振動(dòng)時(shí)效的工藝
振動(dòng)時(shí)效的效果取決于振動(dòng)時(shí)效的工藝的選擇。如圖2 所示是一個(gè)冶金蝶閥體，是由鑄造而成的結構件，其形狀復雜，剛性相對大，凸凹面多，壁厚不均，殘余應力大且分布繁雜。以前采用自然時(shí)效的工藝中存在很多的缺點(diǎn)，某公司自2005 年開(kāi)始采用振動(dòng)時(shí)效工藝以來(lái)，在產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面取得了很大的進(jìn)步。多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗表明:由于振動(dòng)時(shí)效的工藝比較復雜，必須對箱體類(lèi)零件進(jìn)行振前的工藝分析，設計優(yōu)化振動(dòng)參數以提高振動(dòng)時(shí)效的效果。
2.1、工藝分析
按照振動(dòng)失效的工藝規范，對工件時(shí)效前應進(jìn)行工藝分析，以達到節約電能和工作時(shí)間的目的。首先，應根據工件的材質(zhì)、結構、毛坯制造的工藝形式和過(guò)程，分析箱體的殘余應力場(chǎng)的分布，尺寸精度要求，以及工作載荷，可能的失效原因等因素進(jìn)行分析，然后再決定實(shí)施振動(dòng)時(shí)效的工藝路線(xiàn)及時(shí)效重點(diǎn)部位。冶金蝶閥體一般按箱體類(lèi)工件對待，該類(lèi)工件的結構一般較復雜，受力條件惡劣。箱體毛坯一般是鑄造或焊接的構件，對于鑄件產(chǎn)生的殘余應力應根據鑄造工藝，如結構形狀、澆口位置、壁厚薄及冷卻的情況來(lái)分析判斷應力的情況。對組焊件來(lái)說(shuō)，各焊接件的先焊和后焊的次序、坡口的大小及焊縫的形狀和位置等，對產(chǎn)生的殘余應力大小和分布均有影響。
根據箱體在服役時(shí)的載荷情況來(lái)分析，箱體的承受的工作載荷往往較復雜，由于冶金蝶閥體在工作中主要承受彎曲變形，因此，該類(lèi)工件失效振動(dòng)則主要采用彎曲振型。
2.2、工藝參數的優(yōu)化
振動(dòng)時(shí)效的工藝參數包括激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)、激振頻率、激振力和激振時(shí)間，這些參數的選取應依據工件的固有振動(dòng)特性來(lái)確定。當激振頻率處于工件的固有頻率附近時(shí)，用較小的激振力可以激起足夠大的動(dòng)應力，只有用工件固有頻率進(jìn)行激振，才能最經(jīng)濟、最簡(jiǎn)便、最迅速地降低工件的殘余應力。但是在實(shí)踐中發(fā)現，由于采用激振力大小、激振力頻率和激振點(diǎn)的位置不合理，有時(shí)會(huì )出現達不到消除殘余應力的效果，工件只是局部的消除了殘余應力；有時(shí)甚至將工件振裂。因此有必要對振動(dòng)時(shí)效工藝參數進(jìn)行優(yōu)化設計。
根據《振動(dòng)時(shí)效設備使用手冊》中操作要求，在振前對工件進(jìn)行多點(diǎn)掃頻，并在掃頻同時(shí)跟蹤繪制振前工藝曲線(xiàn)及打印參數，綜合所有掃頻曲線(xiàn)對應的固有頻率，找出有效消除工件關(guān)鍵部位應力的有效振型(以及對應的有效頻率)，直接對這些有效頻率〔有效振型)時(shí)效，同時(shí)在線(xiàn)打印g-t曲線(xiàn)以觀(guān)察時(shí)效進(jìn)程，決定何時(shí)停機，然后再通過(guò)對該頻率(振型)局部掃頻和局部打印 。
