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冶金機械產(chǎn)品振動時效技術(shù)應(yīng)用

某公司是一家專業(yè)機械制造廠,主要加工制造冶金行業(yè)焊接鋼結(jié)構(gòu)件及各類配套機械產(chǎn)品,每年承接鋼結(jié)構(gòu)件約4000噸。通常采用熱時效工藝消除焊接結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力,但公司退火爐爐膛尺寸過小,不能完全滿足大型焊接件的熱時效處理需要,且熱時效工藝難以控制,成本較高,每噸處理費用一千元。經(jīng)研究分析,公司決定采用振動時效工藝。
工件情況及設(shè)備介紹
設(shè)備采用聚航科技jh-600a交流振動時效設(shè)備,采用高速變頻伺服電機,激振力大、壽命長、時效效果好。
中間罐體是鋼鐵廠冶煉常用備件,重量為22噸,外形尺寸5897*1685*1200mm。該工件需承重60噸,其各部焊縫焊腳尺寸較大,四周各支撐耳軸焊后要求同軸誤差<3mm,工件各截面主要焊縫均存在較大焊接應(yīng)力。
振動時效工藝
工藝方案分析
其結(jié)構(gòu)較形式綜合了方箱體與梁形體的特點,且重量較重,為使振動時工件各面能獲得足夠大的動應(yīng)力,在支撐點設(shè)置上采用三點固定支撐,激振器安裝位置按“垂直平分線法”設(shè)置,激振器因設(shè)在遠(yuǎn)離支點的波峰處,其偏心輪旋轉(zhuǎn)面平行于支點的平面,使工件上下兩面呈剪切運動的共振,對工件垂直面及上下平面焊縫均能產(chǎn)生較大動應(yīng)力,加速度傳感器放置在邊長較長的一邊,以獲得高的振動信號。
振動工藝采取多點、多頻施振。以多點施振的變換激點位置,在振動過程中,每個截面通過不同振型產(chǎn)生大振幅的亞共振;多頻施振在同一激振狀態(tài)下,采用不同頻率進行振動,以確保工件在高頻、低頻振動后殘余應(yīng)力完全趨于平衡狀態(tài),較終**較佳振動效果。
工藝實施和操作
將工件按工藝方案支撐后,安裝設(shè)備并將激振器偏心角調(diào)至20°,設(shè)備進行振前自動掃描確定共振頻,轉(zhuǎn)速上升至約3500r/min后,加速度78m/s2出現(xiàn)共振峰,后加速度曲線出現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài),調(diào)整偏心角至30°,支點向工件中心內(nèi)移,轉(zhuǎn)速升至2609r/min,出現(xiàn)共振峰,完成振前掃描,進入亞共振狀態(tài),振動中通過撒沙法觀察,沙子聚集形狀符合彎振型形狀,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2590r/min左右,振動35min后,系統(tǒng)自動進行振后處理,打印出處理曲線圖。從圖上顯示的工藝數(shù)據(jù)及振后曲線較振前曲線明顯右移,符合振動時效國家標(biāo)準(zhǔn)的曲線檢測法。然后根據(jù)工藝方案依次進行多頻、多點振動。
應(yīng)注意的幾個問題
1.發(fā)生強迫共振:隨著振動頻率的升高,電機電流一直上升無下降趨勢,這時即發(fā)生了強迫共振,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**出設(shè)備的控制頻率范圍。
如果發(fā)生以上情況,可以通過實驗的方法解決。反復(fù)改變激振力和支撐點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),采用組合振動法(將多個工件剛性連接在一起可以降低工件的固有頻率)。
結(jié)論
在鋼結(jié)構(gòu)焊接件、鑄件及機械加工件上應(yīng)用振動時效工藝處理后,工件應(yīng)力平均可下降50%-70%,符合振動時效國家標(biāo)準(zhǔn),可達(dá)到時效目的。
振動時效技術(shù)可替代熱時效工藝,操作簡單,可節(jié)約大量生產(chǎn)成本,減少污染,縮短處理周期。
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