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振動時效在國內的發展及現狀

 振動時效在國內的發展及現狀

國內開展這項工作比較晚,70代初引進國外技術,首先由大連理工大學、哈爾濱焊接研究所等工程技術專家并開始在機械行業、航天航、鐵路等各部門進行研究移植,并于“六五”期間在機械部提出的攻關課題之一—提高機床鑄件產品質量的大課題里面確定了“振動時效可行性研究”這一子課題。振動時效技術于1991年被國務院新技術辦公室批準為國家重點推廣項目,并在同年出臺了JB/T5926—91《振動時效工藝參數選擇及技術要求》,推動了此技術的推廣。1993年被國家科委列為“國家級科技成果重點推廣計劃”項目。目前,我國已有大量振動時效設備投入使用,涉及領域包括機床、冶金、礦山、航空、航天、軍工、輕工、電力、紡織、風機、建筑、造紙等幾乎所有機械制造行業。隨著其應用日益廣泛,對其研究也越來越深入[5]。我國科技工作者經過多年努力,在振動時效技術發展和設備研制上取得了突破性進展,振動時效設備從普通型發展到智能型、專家型;在操作方式及數據分析上由人工手工完成發展到計算機分析處理數據;電控工藝過程自動控制并達到最佳振動時效效果?梢哉f在振動時效技術上我國已經取得了相當大的突破。

振動時效背景及意義

隨著加快制造業的發展,對其工藝的要求越來越高,而由于金屬構件在加工過程中產生的殘余應力又對構件的尺寸、結構等方面存在著潛在的危害,很可能影響到整個加工,所以消除殘余應力是在現代加工過程中不可缺少的部分。又由于振動時效在消除殘余應力方面有著傳統方法無法媲美的優勢,它的應用將大大改善殘余應力,可以滿足加工的需要。尤其在能源緊缺、限制環境污染及高效生產的形勢下,振動時效技術越來越受到國內外的重視,其發展空間是巨大的。同時,在這種情況下,對振動時效技術的要求也會越來越高,就要必須加大對其研究和開發,使其快速發展,以滿足市場的需要。但是,由于我國對這方面的研究起步較晚還不夠深入,而以前的研究大都是對其某一部分的研究,而并沒有全面的探討,所以在推廣上存在著較多困難。本次課題主要是從這項技術總體出發,研究包括機械部分、原理、工藝以及控制單元,使其形成一個整體脈絡,為后續的研究打下一個良好的基礎。

振動時效工藝設備:

1、查閱國內外振動時效工藝設備的發展和應用狀況及相關文獻;

2、研究振動時效工藝的原理,時效工藝的關鍵技術和知識點;

3、設計振動部件的機械結構和零件;

4、設計測控單元的原理構成及轉速控制;

其中最重要的是掌握振動時效工藝原理,時效工藝的關鍵技術和知識點,使其形成一個系統脈絡,因為只有在這個前提下,才可能很好的完成其它的任務。同時其也是為后續研究提供的重要理論依據。

1 振動時效技術原理

    振動時效處理是將激振器剛性連接被時效工件上,由控制系統控制調整激振器頻率,使工件處于共振狀態,在交變應力作用下振動一定時間后,使構件的殘余應力降低和均化。典型的振動時效系統如圖所示。

振動時效的機理

對于振動時效的機理, 國內外已經進行了大量的研究工作,取得了以下的共識。

從宏觀角度分析,振動時效可視為以循環載荷的形式對工件施加附加應力。眾所周知,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內部都存在著不同程度的應力。當受到振動時,施加于零件上的交變動應力與零件中的殘余應力疊加,當疊加的結果達到一定的數值后,在應力集中嚴重的部位就會超過材料的屈服極限而發生塑性變形,塑變降低了該處殘余應力峰值,提高了構件尺寸的穩定性,并強化了金屬基體。

從微觀角度分析,振動時效的過程,實質上是金屬材料內部晶體位錯運動、增殖、塞積和纏結的過程。由于金屬材料存在位錯,在構件內部產生的交變動應力與內部的殘余應力相互疊加,在應力較高的區域,就可產生位錯滑移,出現微小塑性變形。在足量的循環載荷作用下,可使位錯源開動起來。位錯滑移是單向進行線性累積的,當微應變累積到一個宏觀量,構件宏觀內應力隨之松弛,使殘余應力的峰值下降,改變了構件原有的應力場,最終使構件的殘余應力降低并重新分布,達到平衡。振動能的輸入提高了構件內部晶體的動能,當外界對構件施加周期性循環應力大于位錯移動所必需的能量時,材料內部出現位錯移動,加快了畸變晶格向平衡位置的恢復速度,引起位錯密度和位錯點增加,使位錯塞積,造成位錯移動受阻,從而強化了基體,提高了構件抗微小變形能力,使構件的尺寸精度趨于穩定。

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