某廠是機(jī)床鑄件的生產(chǎn)廠家，以往對鑄件時(shí)效處理多采用熱時(shí)效，但由于其成本高，生產(chǎn)周期長，加熱溫度難以控制等因素，影響了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)進(jìn)度，并難以保證時(shí)效質(zhì)量。因此引進(jìn)了消除應(yīng)力新工藝——振動(dòng)時(shí)效，以改善鑄件的時(shí)效狀況。
設(shè)備選購
設(shè)備選購了南京聚航科技有限公司的JH-600A智能頻譜交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，設(shè)備采用的是高速變頻伺服電機(jī)，激振力大，效果好，適合剛性工件時(shí)效?？刂栖浖в袣堄鄳?yīng)力動(dòng)態(tài)跟蹤功能，消除率高。
振動(dòng)時(shí)效工藝
振動(dòng)時(shí)效工件的固有頻率、工件的振形、給工件施加的振動(dòng)能量和振動(dòng)處理時(shí)間是工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理的主要工藝參數(shù)，這些參數(shù)的選擇直接影響著工件的時(shí)效效果。
固有頻率
每個(gè)物體都有其自身的固有諧振頻率，按付立葉級數(shù)分解會有很多階固有諧振頻率。要對工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，首先要知道工件的諧振頻率，而這一參數(shù)完全可以通過振動(dòng)時(shí)效設(shè)備來完成。振動(dòng)時(shí)效設(shè)備會自動(dòng)地測出工件的固有頻率，并確認(rèn)最合適的一階固有頻率值。
振形
工件的每一階固有頻率都一一對應(yīng)著其一種振形，只有準(zhǔn)確地找出這一振形，才能更合理地確定出彈性橡膠墊對工件的支撐位置、激振器和傳感器的裝夾位置。因?yàn)檎駝?dòng)時(shí)效的原則就是橡膠墊應(yīng)支撐在工件振形的波節(jié)處，激振器和傳感器應(yīng)裝夾在工件的波峰處。
只有在這種狀態(tài)下，激振器產(chǎn)生的機(jī)械能量才能最大限度地傳遞給工件，同時(shí)橡膠墊對工件振動(dòng)的阻力也最小。如果將激振器裝夾到振形的波節(jié)處，則無論激振器輸出多大的能量，都不會傳遞到工件上。因?yàn)?，波?jié)的振幅為零，激振器無法對工件做有用功。
通過多年對需要時(shí)效處理工件的實(shí)踐，我廠工件基本分為以下三大類型。
1. 梁型工件：當(dāng)長：寬＞3、長：厚＞5時(shí)，則認(rèn)為工件屬于梁型類，所有磨床、銑床的工作臺均屬于這種類型，對這類工件，橡膠墊應(yīng)支撐在距端部2/9長度處，激振器裝夾在工件的中間部位，傳感器僅僅吸附在工件的一段。
2. 方形工件：當(dāng)長≈寬≈厚時(shí)，則認(rèn)為工件是方形類的，機(jī)床床身、立柱均屬于此類。對于這類工件，橡膠墊應(yīng)放在距工件端部的1/3長度處，激振器裝夾在工件的中間部位，傳感器吸緊在工件端部的一角處。
3. 小零件平臺：由于重量輕，固有頻率高，小零件既不方便單獨(dú)振動(dòng)處理，效率又低。對這一類零件，都采用振動(dòng)平臺集中處理法，即將多個(gè)小工件集中裝夾到一個(gè)振動(dòng)平臺上，一起進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。
振動(dòng)能量與振動(dòng)時(shí)間
根據(jù)工件重量、形狀、結(jié)構(gòu)、剛度及所存在的殘余應(yīng)力值不同，施加在工件上的振動(dòng)能量和振動(dòng)時(shí)間也會不同?？墒褂谜駝?dòng)時(shí)效設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測和跟蹤功能，保證參數(shù)選擇的合理性。
振動(dòng)時(shí)效效果
振動(dòng)時(shí)效效果評斷一般有三種方法，振動(dòng)參數(shù)曲線法、殘余應(yīng)力檢測法、尺寸精度穩(wěn)定性檢驗(yàn)。
殘余應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)
殘余應(yīng)力檢測方法采用盲孔法，儀器采用聚航科技的JH-30殘余應(yīng)力檢測儀，以下是殘余應(yīng)力檢測數(shù)據(jù)。
表1M7130平面磨床臺面振動(dòng)時(shí)效前、后的殘余應(yīng)力值
測點(diǎn) | 狀態(tài) | 應(yīng)變量 | 應(yīng)力值 | 消除率 | ||||
ε1 | ε2 | ε3 | σ1 | σ2 | σ1 | σ2 | ||
1 | 振前 | 194 | -11 | -114 | -5.95 | 3.6 | 36 | 61 |
振后 | 130 | 51 | -34 | -3.42 | 1.4 | |||
2 | 振前 | 264 | 209 | 114 | -6.28 | 1.72 | 81 | 50 |
振后 | -10 | -22 | 25 | -1.17 | 0.85 | |||
3 | 振前 | 77 | 234 | 41 | -6.24 | 3.92 | 65 | 92 |
振后 | 3 | 28 | 79 | -2.05 | 0.31 | |||
4 | 振前 | 158 | -126 | 30 | -8.73 | 4.75 | 40 | 96 |
振后 | 49 | 63 | 192 | -5.25 | 0.15 | |||
5 | 振前 | 108 | -3 | -23 | -3.24 | 1.44 | 34 | 7 |
振后 | -28 | 55 | 66 | -2.14 | 1.34 | |||
平均應(yīng)力消除率 | 56.8 | |||||||
表2 M7130平面磨床立柱振動(dòng)時(shí)效前、后殘余應(yīng)力值
測點(diǎn) | 狀態(tài) | 應(yīng)變量 | 應(yīng)力值 | 消除率 | ||||
ε1 | ε2 | ε3 | σ1 | σ2 | σ1 | σ2 | ||
1 | 振前 | -352 | -267 | -119 | 1.44 | 8.54 | 5 | 45.6 |
振后 | -55 | -172 | -100 | -1.36 | 4.64 | |||
2 | 振前 | -138 | -434 | -239 | -3.37 | 11.3 | 55 | 56 |
振后 | -135 | 15 | -27 | -1.52 | 4.96 | |||
3 | 振前 | 79 | 212 | 48 | -5.73 | 3.05 | 46 | 52 |
振后 | 15 | 112 | 62 | -3.09 | 1.45 | |||
4 | 振前 | 207 | -21 | -123 | -6.09 | 4.31 | 20 | 28 |
振后 | -37 | 152 | 121 | -4.87 | 3.10 | |||
5 | 振前 | -507 | -99 | 40 | -4.01 | 13.9 | 0 | 96 |
振后 | 76 | 165 | 147 | -4.18 | -0.54 | |||
平均應(yīng)力消除率 | 40.4 | |||||||
表1和表2數(shù)據(jù)表明，振動(dòng)時(shí)效效果均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，并且從振動(dòng)時(shí)效設(shè)備打印的曲線來看，也達(dá)到了GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)。
尺寸穩(wěn)定性試驗(yàn)
一臺M1420磨床工作臺鑄件未經(jīng)任何時(shí)效處理，即進(jìn)行加工，裝配時(shí)工作臺連續(xù)變形，待配磨多次裝配后放置三個(gè)月再進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)上、下工作臺接觸面翹曲嚴(yán)重，最大變形量達(dá)0.50mm，而同期經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理的工作臺，經(jīng)過近一年的跟蹤，基本沒有變形，完全在機(jī)床規(guī)定的公差范圍內(nèi)。
結(jié)論
1. 振動(dòng)時(shí)效不僅消除殘余應(yīng)力的效果優(yōu)于熱時(shí)效，而且方便、靈活，非常適合生產(chǎn)周期和交貨期短的市場經(jīng)濟(jì)要求。
2. 振動(dòng)時(shí)效工藝徹底解決了熱時(shí)效爐窖對環(huán)境的污染問題。
3.振動(dòng)時(shí)效能滿足機(jī)床鑄件尺寸穩(wěn)定性的要求
