振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在礦用機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

時(shí)間：2022-04-08作者：濟(jì)南力拓信息技術(shù)有限公司瀏覽：144

任何一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品都必須保證預(yù)期的功能、壽命和安全可靠，并且技術(shù)，價(jià)格低廉。為 此，機(jī)械產(chǎn)品必須遵循一套完整的生產(chǎn)規(guī)程和科學(xué)質(zhì)量管理。振動(dòng)時(shí)效是近年來(lái)興起的新技 術(shù)，**上稱之“VSR”技術(shù)。

振動(dòng)時(shí)效(VSR)就是在激振設(shè)備周期性——激振力的作用下，使構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力疊加，產(chǎn)生 局部屈 服，引起微小的塑性變形，使構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力降低和重新分布，增強(qiáng)抗外載能力，從而提高 構(gòu)件的尺寸精度穩(wěn)定性。

淮南煤礦機(jī)械廠在收集國(guó)內(nèi)外大量資料及借鑒一些廠家成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)本廠中小型 零件較多的情況，開(kāi)展了“振動(dòng)臺(tái)法處理中小型工件”課題研究，逐步完善工藝，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 先后對(duì)防爆電機(jī) 殼、出線箱、掘進(jìn)機(jī)電控箱殼體、油箱體、真空過(guò)濾機(jī)殼體，液壓破碎機(jī)殼體等2800余件零、部件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。其中絕大部分構(gòu)件都是因半精加工后，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件存在夾砂、氣孔、 開(kāi)焊、漏水等缺陷，為不使零件報(bào)廢而進(jìn)行了較大面積補(bǔ)焊，而焊后的構(gòu)件又因其加工余量小不能進(jìn)行傳統(tǒng)的熱時(shí)效處理，而用振動(dòng)時(shí)效來(lái)消除焊后內(nèi)應(yīng)力。

1 關(guān)于振動(dòng)臺(tái)法處理中小型工件的可行性探討

為了闡述“振動(dòng)臺(tái)法”處理中小型構(gòu)件的金屬學(xué)原理，尚須借助大型構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效機(jī)理進(jìn)行 分析。

對(duì)工件施加激振力，使工件作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，此時(shí)激振力在工件內(nèi)部產(chǎn)生交變動(dòng)應(yīng)力σd ，σd與工件殘余應(yīng)力σr疊加。因?yàn)?span lang="EN-US">σr在工件內(nèi)部的分布是不勻的，在某些應(yīng)力集中區(qū)域的σr值往往是非 應(yīng)力集中區(qū)域的若干倍，這就可能出現(xiàn)兩種情況：

(1)在應(yīng)力集中區(qū)域σd+σr≥σs(σs為構(gòu)件的屈服限)，位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生 局部滑移，甚至出現(xiàn)整體滑移。工件發(fā)生塑性變形，變形后變形區(qū)域的σr得以釋放。 由于塑性變形使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)上趨于穩(wěn)定，大地減少缺陷。要想在這個(gè)區(qū)域繼續(xù)變形變得相對(duì)困難，變形就會(huì)向其它區(qū)域轉(zhuǎn)移。

(2)當(dāng)變形區(qū)域轉(zhuǎn)移到σr值較小的區(qū)域時(shí)，即σd+σr＜σs時(shí)，由于金屬內(nèi)部大 量位錯(cuò)存在，而位錯(cuò) 本身總是從高能位置向低能位置轉(zhuǎn)移，在附加交變應(yīng)力σd的持續(xù)作用下，欲動(dòng)位錯(cuò)不斷 獲得能 量，使位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中常受到晶界、雜質(zhì)的阻礙，形成位錯(cuò)塞積群 。由于σd的持續(xù)作用，塞積群中位錯(cuò)數(shù)量不斷增加。由于障礙物的阻礙，在塞積群的前 沿形成 新的應(yīng)力集中，致使該區(qū)域的殘余應(yīng)力σr不斷增大，當(dāng)增大到σd+σr≥σs時(shí)， 位錯(cuò)滑移便在這個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)生，這個(gè)區(qū)域便發(fā)生塑性變形，同樣，該區(qū)域的σr得以釋 放。

在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，工件發(fā)生循環(huán)硬化，松馳剛度得以提高，即工件的抗變形能力得以提高；同時(shí)，由于交變應(yīng)力的作用，工件受到104～106次反復(fù)考曲，將出現(xiàn)適應(yīng)現(xiàn)象 ；由于非彈性體逐步向彈性體過(guò)渡，使得工件在服役期間出現(xiàn)塑性變形的可能性大為降低。 

對(duì)于上述振動(dòng)時(shí)效機(jī)理和處理大型工件所具有的效果，已被國(guó)內(nèi)許多制造廠家生產(chǎn)實(shí)踐證明 ，是大家已能接受的事實(shí)。而采用“振動(dòng)臺(tái)法”對(duì)中小型工件振動(dòng)時(shí)效處理是否同樣滿足上述機(jī)理及效果呢？

圖1 淮南煤礦機(jī)械廠振動(dòng)臺(tái)（略）

圖1為淮南煤礦機(jī)械廠處理中小型工件的振動(dòng)臺(tái)示意圖。其工件6底面與平臺(tái)7吻合均 勻；當(dāng)螺母3緊固后工件不會(huì)彎曲，只是壓板4對(duì)工件有局部壓應(yīng)力，由于此 壓應(yīng)力只屬局部存在，不影響我們分析，故可忽略。

在振動(dòng)時(shí)效開(kāi)始時(shí)，工件的塑性變形尚未形成，此時(shí)工件內(nèi)的應(yīng)力為σd+σr，這種 情況與大件振動(dòng)時(shí)效處理是相同的。隨著時(shí)間的增加，在σd的持續(xù)作用下，金屬晶體 有位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生滑移的趨勢(shì)，即工件有發(fā)生塑性變形的趨勢(shì)。如果是大型工件處理，無(wú)論是采用自由支撐、懸臂支撐還是鉸支撐，工件都可毫無(wú)阻礙發(fā)生塑性變形。而“振動(dòng)臺(tái)法” 卻是將中小型工件剛性地聯(lián)接在平臺(tái)上，工件的變形必須帶動(dòng)平臺(tái)一起變形才能實(shí)現(xiàn)，平臺(tái) 相對(duì)工件又具有足夠的剛度，這就有一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題：裝夾在平臺(tái)上的工件在振動(dòng)時(shí)效 處理時(shí)是不是發(fā)生塑性變形？這正是平臺(tái)振動(dòng)與大型工件振動(dòng)的區(qū)別所在。

激振力對(duì)工件持續(xù)做功，使得晶體中有位錯(cuò)、滑移運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的小單元（在應(yīng)力集中處） 不斷獲得能量，在激振力和激振時(shí)間足夠的情況下，這些不穩(wěn)定的小單元將克服阻力去實(shí)現(xiàn) 位錯(cuò)、滑移運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，盡管工件被剛性聯(lián)接在振動(dòng)平臺(tái)上，而平臺(tái)的剛性又足夠大， 工件的塑性變形看來(lái)似乎不能發(fā)生，而事實(shí)上，只要σd+σr≥σs，工件就開(kāi)始 屈服，位錯(cuò)、滑移運(yùn)動(dòng)必然發(fā)生，這正是金屬晶體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)所決定的。伴隨著這些運(yùn) 動(dòng)的是工件彈性變形能的儲(chǔ)量不斷增加，或者壓板、螺栓及平臺(tái)裝夾件彈性變形能的儲(chǔ)量不 斷增加，或者是兩者兼有之。

與大件振動(dòng)時(shí)效處理不同的是：工件的應(yīng)力由σd+σr過(guò)渡到σd+σ′r+σt (σt為剛性裝夾使得塑性變形后的工件 產(chǎn)生的裝夾應(yīng)力；σ′r為剩余殘余應(yīng)力)。由于工件金屬晶體發(fā)生位錯(cuò)、滑移運(yùn)動(dòng)，而 這些運(yùn)動(dòng)又借助于σ′r才發(fā)生的，所以使得σr得以釋放，即｜σ′r｜＜｜σ r｜，尤其是在應(yīng)力集中區(qū)域，｜σ′r｜≤｜σr｜。當(dāng)振動(dòng)完畢，激振器停止工 作，附加動(dòng)應(yīng)力σd＝0；當(dāng)拆除對(duì)工件的裝夾后，工件與裝夾件立即發(fā)生彈性變形，隨之 又有σt＝0，那么工件的應(yīng)力只剩下σ′r。由于｜σ′r｜＜｜σr｜，因 而可以認(rèn)為：應(yīng)用“振動(dòng)臺(tái)法”處理中小型工件，同樣具有降低和均化殘余應(yīng)力的作用，能 夠達(dá)到時(shí)效處理的目的。

此外，“振動(dòng)臺(tái)法”處理工件同樣受到交變應(yīng)力的反復(fù)作用，也將發(fā)生循環(huán)硬化和適應(yīng)現(xiàn)象 ，使工件的抗變形能力和彈性性能得以提高。

綜上所述，我們認(rèn)為：“振動(dòng)臺(tái)法”對(duì)中小型工件的振動(dòng)時(shí)效處理，原則上滿足大型工件振 動(dòng)時(shí)效機(jī)理，從金屬學(xué)原理上能夠圓滿解釋，因此在理論上是可行的。


濟(jì)南力拓信息技術(shù)有限公司專注于振動(dòng)時(shí)效設(shè)備,全自動(dòng)振動(dòng)時(shí)效儀,應(yīng)力消除機(jī)等

• 詞條

  詞條說(shuō)明

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