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在焊接、沖壓、鑄造和其它許多加工過程中,金屬工件均可能形成殘余應(yīng)力。在許多情況下,殘余應(yīng)力的存在對工件是有害的,如降低工件強度和疲勞極限,造成脆性斷裂,加快工件在腐蝕大氣中的腐蝕速度等。分布不均勻的殘余應(yīng)力會對工件尺寸精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生非常不利的影響。通常消除殘余應(yīng)力會采用自然時效、熱時效、振動時效等方法。
振動時效在國外被稱為VSR技術(shù)。簡單地說,就是用振動的辦法,反復(fù)地對有殘余應(yīng)力的工件加循環(huán)載荷,使工件產(chǎn)生一定的塑性變形,隨之殘余應(yīng)力得到松弛,從而使工件的尺寸穩(wěn)定下來。
振動時效在齒輪箱加工中的應(yīng)用
本次案例中的齒輪箱體是鑄鐵件,外形尺寸為790mm×760mm,厚度為105mm。箱體內(nèi)部是空腔,壁厚為15mm,屬于薄壁件。箱體兩端面為7級精度要求,表面粗糙度值Ra=3.2μm。兩端面是在立式車床上經(jīng)過粗、精車兩道工序加工,加工后經(jīng)過檢驗,兩端面的平面度、平行度超差。經(jīng)過分析認(rèn)為,薄壁件在加工過程中易產(chǎn)生塑性變形、熱變形和殘余應(yīng)力變形,而加工殘余應(yīng)力是引起零件在加工中變形的主要原因,因此有必要消除加工殘余應(yīng)力。
振動時效工藝方案設(shè)計
工藝路線的確定 為了消除齒輪箱體加工殘余應(yīng)力,決定在原工藝路線中增加一道振動時效處理工序。根據(jù)振動時效的技術(shù)要求及安排,應(yīng)在粗加工后、精加工前增加振動時效工序。工藝路線對比如下。原工藝路線:鑄造→退火處理→粗加工→精加工。新工藝路線:鑄造→退火處理→粗加工→振動時效處理→精加工。
裝夾方式 激振器裝夾方式有兩種,一種是直接裝夾方式,直接用弓形鋼把激振器裝夾在工件上,適用于大型、產(chǎn)量少的工件;另一種是輔助工裝裝夾方式,激振器不能直接裝夾在工件上,需要通過時效平臺對工件進(jìn)行時效,適用于小型、產(chǎn)量大的工件。鑒于該齒輪箱體屬于小型工件,且產(chǎn)量較大,因此采用輔助工裝裝夾齒輪箱體,進(jìn)行振動時效處理,振動效率高。
然后,選擇激振點位置,工件的定位壓緊等操作。準(zhǔn)備好后,通電進(jìn)入主程序—選擇對應(yīng)激振器型號—時效方式—頻譜諧波—運行—進(jìn)行頻譜分析,自動選出對工件處理效果*佳的七個諧波峰,從中選擇五種振形處理。
時效后效果驗證
時效后的結(jié)果依據(jù)GB/T25712-2010振動時效效果評定方法進(jìn)行判定,出現(xiàn)下列情況之一時,即可判定為達(dá)到振動時效工藝效果:
①振幅-時間(a-t)曲線上升后變平。
②振幅-頻率(a-f)曲線振后比振前的峰值升高、峰值點左移。
經(jīng)試驗,得出振幅-時間(a-t)曲線如圖1所示。
圖1 振幅-時間(a-t)曲線
時效后效果顯示,曲線先上升后變平,加速度基本維持在12.1g左右;a-f曲線評價,振后峰值比振前峰值升高且峰值點左移。試驗結(jié)果符合GB/T25712-2010振動時效效果評定方法中規(guī)定的判定條件,因此判定振動時效可達(dá)到工藝要求的效果。
結(jié)語
采用振動時效工藝消除薄壁件加工中存在的殘余應(yīng)力,最終使齒輪箱兩端平面的平面度、平行度達(dá)到了設(shè)計要求,說明振動時效工藝對消除加工殘余應(yīng)力十分有效。
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