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振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在碟閥體中的應(yīng)用與效益

2010年07月19日 08:44:53人氣:819來源:上海新海閥門制造有限公司

 時(shí)效是消除機(jī)械加工零件殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)工藝。振動(dòng)時(shí)效在70年代起源于美國,后來在德國、英國、法國得到了廣泛的應(yīng)用,我國從80年代初開始引進(jìn)使用振動(dòng)時(shí)效工藝。由于振動(dòng)時(shí)效是一種、節(jié)能、環(huán)保及低成本的時(shí)效方法,與傳統(tǒng)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,場地簡單靈活方便,生產(chǎn)費(fèi)用低,無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。由于振動(dòng)時(shí)效的無比的*性,又適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對能源和環(huán)保的要求,應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效是企業(yè)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝提高市場競爭力的*選擇,目前在某些方面已取代了傳統(tǒng)的熱時(shí)效和自然時(shí)效。

    1、振動(dòng)時(shí)效機(jī)理及裝置的原理
    1.1、振動(dòng)時(shí)效機(jī)理
    工件在毛坯制造及切削加工等過程中,使內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力,致使工件處于不穩(wěn)定狀態(tài),降低了尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械物理性能。振動(dòng)時(shí)效工藝是通過錘擊來消除金屬工件中的殘余應(yīng)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(yīng)力與工件內(nèi)部殘余應(yīng)力疊加,經(jīng)過一定時(shí)間,材料發(fā)生局部屈服,導(dǎo)致晶內(nèi)和晶界錯(cuò)位產(chǎn)生滑移,原子從不穩(wěn)定位能高的位置移向較穩(wěn)定的位能低位置。經(jīng)過此過程,工件宏觀殘余應(yīng)力得到遷移、降低和均化,從而降低或消除工件的內(nèi)部殘余應(yīng)力。

    1.2、振動(dòng)時(shí)效裝置的原理
    機(jī)械振動(dòng)時(shí)效裝置主要包括激振器、控制主機(jī)、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(zhuǎn)速)范圍對任一頻率以較高的穩(wěn)頻精度工作.尤其是共振峰前后負(fù)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)效曲線及參數(shù)。
    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(jié)構(gòu)件,其形狀復(fù)雜,剛性相對大,凸凹面多,壁厚不均,殘余應(yīng)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年開始采用振動(dòng)時(shí)效工藝以來,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(yàn)表明:由于振動(dòng)時(shí)效的工藝比較復(fù)雜,必須對箱體類零件進(jìn)行振前的工藝分析,設(shè)計(jì)優(yōu)化振動(dòng)參數(shù)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(guī)范,對工件時(shí)效前應(yīng)進(jìn)行工藝分析,以達(dá)到節(jié)約電能和工作時(shí)間的目的。首先,應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、毛坯制造的工藝形式和過程,分析箱體的殘余應(yīng)力場的分布,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?zèng)Q定實(shí)施振動(dòng)時(shí)效的工藝路線及時(shí)效重點(diǎn)部位。冶金蝶閥體一般按箱體類工件對待,該類工件的結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜,受力條件惡劣。箱體毛坯一般是鑄造或焊接的構(gòu)件,對于鑄件產(chǎn)生的殘余應(yīng)力應(yīng)根據(jù)鑄造工藝,如結(jié)構(gòu)形狀、澆口位置、壁厚薄及冷卻的情況來分析判斷應(yīng)力的情況。對組焊件來說,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(yīng)力大小和分布均有影響。
    根據(jù)箱體在服役時(shí)的載荷情況來分析,箱體的承受的工作載荷往往較復(fù)雜,由于冶金蝶閥體在工作中主要承受彎曲變形,因此,該類工件失效振動(dòng)則主要采用彎曲振型。
    2.2、工藝參數(shù)的優(yōu)化
    振動(dòng)時(shí)效的工藝參數(shù)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(shù)的選取應(yīng)依據(jù)工件的固有振動(dòng)特性來確定。當(dāng)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(yīng)力,只有用工件固有頻率進(jìn)行激振,才能、zui簡便、zui迅速地降低工件的殘余應(yīng)力。但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),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)會出現(xiàn)達(dá)不到消除殘余應(yīng)力的效果,工件只是局部的消除了殘余應(yīng)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(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    根據(jù)《振動(dòng)時(shí)效設(shè)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及打印參數(shù),綜合所有掃頻曲線對應(yīng)的固有頻率,找出有效消除工件關(guān)鍵部位應(yīng)力的有效振型(以及對應(yīng)的有效頻率),直接對這些有效頻率〔有效振型)時(shí)效,同時(shí)在線打印g-t曲線以觀察時(shí)效進(jìn)程,決定何時(shí)停機(jī),然后再通過對該頻率(振型)局部掃頻和局部打印。

    2.3、時(shí)效效果的評判
    振動(dòng)時(shí)效效果主要是指零件振動(dòng)后殘余應(yīng)力消除、均化、抗變形能力的提高以及尺寸精度的穩(wěn)定化程度。在生產(chǎn)現(xiàn)場常采用根據(jù)如圖3所示的振幅時(shí)間(A-t)曲線采用下列方法來快速判斷振動(dòng)時(shí)效效果:
    (1)檢測幅頻曲線共振峰形狀的變化,在幅頻曲線上表現(xiàn)出共振峰由寬變窄;
    (2)檢側(cè)共振頻率發(fā)生的變化;
    (3)檢測振動(dòng)過程中零件幅值及激振功率的變化,若保持激振能zui不變,則振幅上升;若控制振幅值恒定.則激振功率降低。

    若出現(xiàn)上述一種情況,在實(shí)踐中就判定振動(dòng)時(shí)效達(dá)到了預(yù)期的目的。
    2.4、振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力的檢測
    為了定量了解振動(dòng)時(shí)效工藝效果,使用磁應(yīng)力儀,檢測了挖掘機(jī)平臺等工件焊縫處振動(dòng)時(shí)效前后的殘余應(yīng)力。
    測量結(jié)果表明,工件在振動(dòng)處理前,焊縫處殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象較嚴(yán)重。在焊縫中心區(qū)域應(yīng)力較高,zui大剪切殘余應(yīng)力值約為54-67MPa,已經(jīng)接近了許用安全剪切應(yīng)力,為不安全的殘余應(yīng)力。在焊縫非中心區(qū)域應(yīng)力較低,約為30-50MPa。經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理,焊縫處殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象已消除,焊縫中心區(qū)域和非焊縫區(qū)域的應(yīng)力值已相近,峰值殘余應(yīng)力已經(jīng)從60MPa左右下降到25MPa左右,下降率約為60%,遠(yuǎn)小于許用安全剪切應(yīng)力。

    2.5、振動(dòng)時(shí)效時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題
    (1)發(fā)生強(qiáng)迫共振:隨著振動(dòng)頻率的升高,電機(jī)電流一直上升無下降趨勢,這時(shí)即發(fā)生了強(qiáng)迫共振,這種現(xiàn)象一般是由被振工件的重量太小而剛性又太大所導(dǎo)致。
    (2)找不到共振區(qū):在掃頻過程中發(fā)現(xiàn)隨著頻率的升高,電樞電流也緩慢增加,但是電流并不大,直到掃頻結(jié)束加速度始終在增加并很小,這種現(xiàn)象一般都是由于工件的固有頻率超出設(shè)備的控制頻率范圍。
    對于發(fā)生以上情況,通過實(shí)驗(yàn)的方法可以解決。反復(fù)改變激振力和支撐點(diǎn)以及激振器的裝卡位置;采用懸臂的方法(將工件一端固定,激振器裝卡在另一端的方法),也可以采用組合振動(dòng)法(將多個(gè)工件剛性連接在一起可以降低工件的固有頻率)。

    3、振動(dòng)時(shí)效的工藝管理和經(jīng)濟(jì)效益
    在生產(chǎn)實(shí)踐中上,某公司是通過振動(dòng)時(shí)效工藝曲線來檢測振動(dòng)時(shí)效效果的。每振動(dòng)時(shí)效處理一個(gè)工件,都必須要有相應(yīng)的振動(dòng)時(shí)效工藝曲線,這個(gè)工藝曲線,要經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)部門依據(jù)工藝部門制訂的振動(dòng)時(shí)效工藝卡的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行驗(yàn)收,如果達(dá)不到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),還要返工重振。驗(yàn)收合格后工件才能轉(zhuǎn)到下一工序,有效地保證了振動(dòng)時(shí)效工藝質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
    從2005年開始,公司累計(jì)振動(dòng)時(shí)效處理了1500臺蝶閥箱體類的焊接件,每臺產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)件平均質(zhì)量約為0.5噸,總計(jì)處理了約750噸。公司購買了1套振動(dòng)時(shí)效設(shè)備,設(shè)備購置費(fèi)為6萬元,操作人員1人,4年累計(jì)工資額為8萬元,振動(dòng)時(shí)效設(shè)備每天耗電量為16度,每度電按照0.8元計(jì),4年累計(jì)使用電費(fèi)為0.6萬元。4年累計(jì)振動(dòng)時(shí)效的總費(fèi)用為14.6萬元。
    如果使用熱時(shí)效,需要購買熱時(shí)效爐,因?yàn)榄h(huán)境污染問題,不能使用燃煤熱時(shí)效,只能使用電爐熱時(shí)效。按照公司的產(chǎn)量,需要購買2臺100kW的電爐,設(shè)備投資約30萬元,電爐的用電量很大,其綜合熱時(shí)效成本為500元/噸,處理750噸工件,需要37.5萬元。4年累計(jì)熱時(shí)效的總費(fèi)用需要75.5萬元。與熱時(shí)效相比,振動(dòng)時(shí)效可以節(jié)省60萬元的時(shí)效費(fèi)用,此外,采用振動(dòng)時(shí)效后與熱時(shí)效相比所節(jié)省的大量工時(shí)尚未計(jì)算在內(nèi),由此可見應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)顯著的。

關(guān)鍵詞:傳感器 應(yīng)力儀
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