專利名稱:用機(jī)械振動(dòng)降低金屬工件殘余應(yīng)力穩(wěn)定尺寸精度的方法
本發(fā)明屬于金屬制造業(yè)中工件時(shí)效處理的一種方法，以采用機(jī)械振動(dòng)降低工件殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸精度為目的。
在金屬制造業(yè)中，所生產(chǎn)的工件，由于熱加工(鍛造、焊接、鑄造、熱處理)和機(jī)械加工，使工件內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。工件有殘余應(yīng)力會(huì)有很多害處，如工件投入使用后，由于殘余應(yīng)力的逐步釋放，會(huì)產(chǎn)生變形，影響尺寸精度，對(duì)于高精度設(shè)備至關(guān)重要，另外，由于有殘余應(yīng)力，尤其是拉應(yīng)力，會(huì)降低工件的抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。其三還會(huì)引起應(yīng)力腐蝕以及脆性破壞等。
因此，降低工件的殘余應(yīng)力是金屬制造業(yè)中的一項(xiàng)重要工作。
公知的自然時(shí)效法是利用晝一夜溫差使工件經(jīng)受長(zhǎng)期的膨脹與收縮來(lái)降低工件殘余應(yīng)力，保證尺寸精度，由于處理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一年以上，所以很少有人應(yīng)用。
熱時(shí)效是普遍應(yīng)用的公知技術(shù)，它是把工件加熱到550～650℃，經(jīng)過(guò)保溫后，隨爐冷卻，在高溫時(shí)，使殘余應(yīng)力高于因?yàn)闇囟壬叨档土说那O限，產(chǎn)生了塑性流動(dòng)，冷卻后屈服極限得到了恢復(fù)，而殘余應(yīng)力卻降低了。另外由于高溫時(shí)的二次結(jié)晶及熱應(yīng)力作用，使金屬晶格處于穩(wěn)定位置，也使應(yīng)力得到降低。但是，熱時(shí)效使工件強(qiáng)度降低，消耗大量熱能，工件產(chǎn)生氧化皮，增加了除銹工序，對(duì)超長(zhǎng)大件進(jìn)行熱處理變得困難。
用外加干擾力使工件產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)加給工件的動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加大于材料的屈服極限時(shí)，產(chǎn)生塑性流動(dòng)以降低殘余應(yīng)力，同時(shí)由于動(dòng)應(yīng)力的推動(dòng)，晶格產(chǎn)生位錯(cuò)滑移，使位錯(cuò)了的晶格處于穩(wěn)定狀態(tài)以達(dá)到降低殘余應(yīng)力的目的。
美國(guó)專利4381673(83年5月)的說(shuō)明書(shū)介紹了用振動(dòng)降低工件殘余應(yīng)力的方法;這種方法是通過(guò)控制箱來(lái)控制裝夾在用減振墊支承的工件上的振動(dòng)器，在振動(dòng)器的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)掃描，并通過(guò)圖線記錄儀記錄工件的加速度，功率與頻率的關(guān)系曲線，找出幾個(gè)峰值，然后分別在各個(gè)峰值處振動(dòng)工件，加速度在增加，十五分鐘內(nèi)完成一個(gè)峰值的振動(dòng)。最后做第二次掃描，若兩次掃描的加速度曲線有變化，說(shuō)明工件已處理好。但這種公知的方法有如下缺點(diǎn)或者使工件處理不徹底，或者把工件振壞。因?yàn)樵摪l(fā)明所指的反映振動(dòng)載荷的參數(shù)是裝在工件某一部位上的加速度傳感器的加速度值，該振動(dòng)的工件在各個(gè)部位的加速度值是不同的，而在該發(fā)明的圖線記錄儀經(jīng)過(guò)隨意放大或縮小了的加速度曲線只能反映振動(dòng)的趨勢(shì)，并不能真正反映外加動(dòng)載荷的大小。另外，振動(dòng)器的振動(dòng)力大小完全是憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)定，因此出現(xiàn)兩種傾向，一種傾向是振動(dòng)器的振動(dòng)力過(guò)小，雖然在振動(dòng)時(shí)也出現(xiàn)加速度的一點(diǎn)增加，由于加速度增加得緩慢，往往被操作者誤認(rèn)為在規(guī)定的十五分鐘內(nèi)達(dá)到了要求，這就使工件達(dá)不到降低殘余應(yīng)力的目的。另一種傾向是振動(dòng)器的振動(dòng)力過(guò)大，使加速度變化很快，甚至在一分鐘內(nèi)就完成了降低應(yīng)力的目的，以后的振動(dòng)有可能使工件產(chǎn)生大載荷的疲勞裂紋，甚至把工件振壞。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種振動(dòng)降低殘余應(yīng)力的方法，克服上述方法的缺點(diǎn)，以使工件的殘余應(yīng)力得到真正的降低，保證工件尺寸的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是在對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)處理或掃描時(shí)，始終用一種儀器，可以用貼在工件上的一個(gè)到三個(gè)應(yīng)變片和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及光電示波器監(jiān)視工件所接受的動(dòng)應(yīng)力數(shù)值，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)得出對(duì)于鋼和它的焊接件動(dòng)應(yīng)力為3-7kg/mm2，鑄鐵件為1-3kg/mm2，如果動(dòng)應(yīng)力值超過(guò)上限，容易使工件出現(xiàn)微裂紋，甚至振壞。動(dòng)應(yīng)力小于下限，雖然在振動(dòng)過(guò)程中也出現(xiàn)加速度值的一點(diǎn)增加，但長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能真正穩(wěn)定下來(lái)，往往被操作者誤認(rèn)為穩(wěn)定，這種處理后的工件表現(xiàn)出尺寸精度的保持性很不好。而在本發(fā)明所規(guī)定的動(dòng)應(yīng)力范圍內(nèi)處理工件都能保證要求。
為了保證動(dòng)應(yīng)力在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以用調(diào)整振動(dòng)器的振動(dòng)力的方法，也可以調(diào)整它的振動(dòng)頻率，使工件在共振峰和它的前沿的某一個(gè)頻率上振動(dòng)。因?yàn)楣舱竦奶匦允窃诠舱穹逄巹?dòng)應(yīng)力最大，向工件輸入的能量也最大，越是遠(yuǎn)離共振峰，動(dòng)應(yīng)力越小。
發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是工件在振動(dòng)掃描時(shí)一般出現(xiàn)一個(gè)到兩個(gè)主要共振峰，最多不超過(guò)三個(gè)主要共振峰，因此只要在一個(gè)或者兩個(gè)或者三個(gè)這樣的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)就可以了，而其他的小共振峰范圍，動(dòng)應(yīng)力很小，根本達(dá)不到所要求的動(dòng)應(yīng)力下限值，因此被認(rèn)為是振動(dòng)無(wú)效或者效果不大。
圖中顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖一、為本發(fā)明對(duì)一種機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架做振動(dòng)降低殘余應(yīng)力的實(shí)施簡(jiǎn)圖。
圖二、為本發(fā)明對(duì)這種構(gòu)架的兩次振動(dòng)掃描的頻率與加速度曲線對(duì)比圖。該構(gòu)架由A3鋼板和ZG25鑄件組焊而成，最大尺寸5900×2700×910，重3.2噸。
圖中所描述的是用四個(gè)橡膠墊(2)墊在構(gòu)架(3)最外面的長(zhǎng)拉桿座下面，把經(jīng)過(guò)振動(dòng)力調(diào)正的振動(dòng)器(1)裝夾在構(gòu)架(3)一側(cè)梁的中間，加速度傳感器(5)裝在離振動(dòng)器(1)約300mm處的側(cè)梁上，振動(dòng)器(1)和加速度傳感器(5)分別與控制箱(4)相連。與控制箱連接的還有一個(gè)圖線記錄儀(9)，用以記錄加速度與頻率的特性曲線，在構(gòu)架的端部、橫梁和側(cè)梁的中部分別貼上應(yīng)變片(6)，并與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(7)以及與之配套的光電示波器(8)相連，接通電源后，操作控制箱(4)開(kāi)動(dòng)振動(dòng)器(1)進(jìn)行振動(dòng)掃描，并記錄加速度與頻率曲線(11)，選擇兩個(gè)峰值較高的頻率范圍a1b1和a2b2對(duì)構(gòu)架(3)進(jìn)行振動(dòng)，取5-6kg/mm2的動(dòng)應(yīng)力，因此在粗略調(diào)正好振動(dòng)器的振動(dòng)力后，在保證動(dòng)應(yīng)力為5-6kg/mm2的情況下，使工件在共振峰b1和它的前況a1b1的某一個(gè)頻率上振動(dòng)構(gòu)架，隨著時(shí)間的推移，加速度在增加，直到加速度數(shù)值不再增加時(shí)，調(diào)正振動(dòng)頻率在另一個(gè)振動(dòng)頻率范圍內(nèi)以同樣方法振動(dòng)構(gòu)架，然后進(jìn)行第二次振動(dòng)掃描，得曲線(12)，兩次掃描曲線的差別做為振動(dòng)時(shí)效處理的結(jié)果的證據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用機(jī)械振動(dòng)降低金屬工件殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸精度的方法是把頻率可調(diào)的振動(dòng)器(1)裝夾在用幾個(gè)減振墊(2)支承的工件(3)上，操縱控制箱(4)，驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器(1)，在它的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)掃描，并用圖線記錄儀(9)記錄工件加速度與頻率的關(guān)系曲線(11)，然后分別在幾個(gè)共振峰上振動(dòng)工件，通過(guò)控制箱上的儀表反映裝在工件上的加速度傳感器(5)的變化，振動(dòng)器(1)的功率和振動(dòng)頻率。使幾個(gè)加速度的變化都有所增加。本發(fā)明的特征是用貼在工件(3)上的應(yīng)變片(6)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(7)以及配套的光線示波器(8)監(jiān)視振動(dòng)器(1)傳給工件(3)的動(dòng)應(yīng)力數(shù)值，對(duì)鋼和它的焊接件，動(dòng)應(yīng)力為3-7kg/mm2；鑄鐵件，動(dòng)應(yīng)力為1-3kg/mm2。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1，可用改變振動(dòng)器(1)的振動(dòng)力和使工件在共振峰或者它的前沿a1b1，a2b2的某一個(gè)頻率上振動(dòng)來(lái)調(diào)整動(dòng)應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1和2，可以用一個(gè)或者二個(gè)，最多不超過(guò)三個(gè)頻率振動(dòng)工件，
專利摘要
本發(fā)明是用機(jī)械振動(dòng)降低金屬工件的殘余應(yīng)力使工件尺寸精度得到穩(wěn)定的一種方法，它是通過(guò)振動(dòng)器向工件施加一定頻率的干擾力使之振動(dòng)，并控制干擾力在工件中產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力范圍，對(duì)鋼和它的焊接件，動(dòng)應(yīng)力為3-7kg/mm
文檔編號(hào)C21D10/00GK85102185SQ85102185
公開(kāi)日1986年8月6日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者高文成, 鄭偉玲 申請(qǐng)人:鐵道部大連機(jī)車車輛工廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan