用机械振动降低金属工件残余应力稳定尺寸精度的方法技术

本发明专利技术是用机械振动降低金属工件残余应力使工件尺寸精度得到稳定的一种方法．它是通过振动器向工件施加一定频率的干扰力使之振动，并控制干扰力在工件中产生的动应力范围，对钢和它的焊接件，动应力为３－７ｋｇ／ｍｍ＋［２］，铸铁件为１－３ｋｇ／ｍｍ＋［２］为了保证动应力的范围，可通过调整振动器的振动力并且使工件在峰值或者它的前沿的某一个频率上振动，同时振动可在一个或二个最多不超过三个频率上进行．振动时，当加速度变化的速度缓慢并趋于稳定，则处理结束．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属制造业中工件时效处理的一种方法，以采用机械振动降低工件残余应力，稳定尺寸精度为目的。在金属制造业中，所生产的工件，由于热加工(锻造、焊接、铸造、热处理)和机械加工，使工件内部产生了残余应力。工件有残余应力会有很多害处，如工件投入使用后，由于残余应力的逐步释放，会产生变形，影响尺寸精度，对于高精度设备至关重要，另外，由于有残余应力，尤其是拉应力，会降低工件的抗拉强度和疲劳强度。其三还会引起应力腐蚀以及脆性破坏等。因此，降低工件的残余应力是金属制造业中的一项重要工作。公知的自然时效法是利用昼一夜温差使工件经受长期的膨胀与收缩来降低工件残余应力，保证尺寸精度，由于处理时间长达一年以上，所以很少有人应用。热时效是普遍应用的公知技术，它是把工件加热到550～650℃，经过保温后，随炉冷却，在高温时，使残余应力高于因为温度升高而降低了的屈服极限，产生了塑性流动，冷却后屈服极限得到了恢复，而残余应力却降低了。另外由于高温时的二次结晶及热应力作用，使金属晶格处于稳定位置，也使应力得到降低。但是，热时效使工件强度降低，消耗大量热能，工件产生氧化皮，增加了除锈工序，对超长大件进行热处理变得困难。用外加干扰力使工件产生振动，当加给工件的动应力与残余应力叠加大于材料的屈服极限时，产生塑性流动以降低残余应力，同时由于动应力的推动，晶格产生位错滑移，使位错了的晶格处于稳定状态以达到降低残余应力的目的。美国专利4381673(83年5月)的说明书介绍了用振动降低工件残余应力的方法;这种方法是通过控制箱来控制装夹在用减振垫支承的工件上的振动器，在振动器的频率范围内进行振动扫描，并通过图线记录仪记录工件的加速度，功率与频率的关系曲线，找出几个峰值，然后分别在各个峰值处振动工件，加速度在增加，十五分钟内完成一个峰值的振动。最后做第二次扫描，若两次扫描的加速度曲线有变化，说明工件已处理好。但这种公知的方法有如下缺点或者使工件处理不彻底，或者把工件振坏。因为该专利技术所指的反映振动载荷的参数是装在工件某一部位上的加速度传感器的加速度值，该振动的工件在各个部位的加速度值是不同的，而在该专利技术的图线记录仪经过随意放大或缩小了的加速度曲线只能反映振动的趋势，并不能真正反映外加动载荷的大小。另外，振动器的振动力大小完全是凭经验来调定，因此出现两种倾向，一种倾向是振动器的振动力过小，虽然在振动时也出现加速度的一点增加，由于加速度增加得缓慢，往往被操作者误认为在规定的十五分钟内达到了要求，这就使工件达不到降低残余应力的目的。另一种倾向是振动器的振动力过大，使加速度变化很快，甚至在一分钟内就完成了降低应力的目的，以后的振动有可能使工件产生大载荷的疲劳裂纹，甚至把工件振坏。本专利技术的任务是提供一种振动降低残余应力的方法，克服上述方法的缺点，以使工件的残余应力得到真正的降低，保证工件尺寸的稳定性。本专利技术的一个特点是在对工件进行振动处理或扫描时，始终用一种仪器，可以用贴在工件上的一个到三个应变片和动态应变仪及光电示波器监视工件所接受的动应力数值，经过多次试验得出对于钢和它的焊接件动应力为3-7kg/mm2，铸铁件为1-3kg/mm2，如果动应力值超过上限，容易使工件出现微裂纹，甚至振坏。动应力小于下限，虽然在振动过程中也出现加速度值的一点增加，但长时间内不能真正稳定下来，往往被操作者误认为稳定，这种处理后的工件表现出尺寸精度的保持性很不好。而在本专利技术所规定的动应力范围内处理工件都能保证要求。为了保证动应力在规定的范围内，可以用调整振动器的振动力的方法，也可以调整它的振动频率，使工件在共振峰和它的前沿的某一个频率上振动。因为共振的特性是在共振峰处动应力最大，向工件输入的能量也最大，越是远离共振峰，动应力越小。专利技术的另一个特点是工件在振动扫描时一般出现一个到两个主要共振峰，最多不超过三个主要共振峰，因此只要在一个或者两个或者三个这样的频率范围内振动就可以了，而其他的小共振峰范围，动应力很小，根本达不到所要求的动应力下限值，因此被认为是振动无效或者效果不大。图中显示了本专利技术的一个实施例。图一、为本专利技术对一种机车转向架构架做振动降低残余应力的实施简图。图二、为本专利技术对这种构架的两次振动扫描的频率与加速度曲线对比图。该构架由A3钢板和ZG25铸件组焊而成，最大尺寸5900×2700×910，重3.2吨。图中所描述的是用四个橡胶垫(2)垫在构架(3)最外面的长拉杆座下面，把经过振动力调正的振动器(1)装夹在构架(3)一侧梁的中间，加速度传感器(5)装在离振动器(1)约300mm处的侧梁上，振动器(1)和加速度传感器(5)分别与控制箱(4)相连。与控制箱连接的还有一个图线记录仪(9)，用以记录加速度与频率的特性曲线，在构架的端部、横梁和侧梁的中部分别贴上应变片(6)，并与动态应变仪(7)以及与之配套的光电示波器(8)相连，接通电源后，操作控制箱(4)开动振动器(1)进行振动扫描，并记录加速度与频率曲线(11)，选择两个峰值较高的频率范围a1b1和a2b2对构架(3)进行振动，取5-6kg/mm2的动应力，因此在粗略调正好振动器的振动力后，在保证动应力为5-6kg/mm2的情况下，使工件在共振峰b1和它的前况a1b1的某一个频率上振动构架，随着时间的推移，加速度在增加，直到加速度数值不再增加时，调正振动频率在另一个振动频率范围内以同样方法振动构架，然后进行第二次振动扫描，得曲线(12)，两次扫描曲线的差别做为振动时效处理的结果的证据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用机械振动降低金属工件残余应力，稳定尺寸精度的方法是把频率可调的振动器（１）装夹在用几个减振垫（２）支承的工件（３）上，操纵控制箱（４），驱动振动器（１），在它的频率范围内振动扫描，并用图线记录仪（９）记录工件加速度与频率的关系曲线（１１），然后分别在几个共振峰上振动工件，通过控制箱上的仪表反映装在工件上的加速度传感器（５）的变化，振动器（１）的功率和振动频率，使几个加速度的变化都有所增加。本专利技术的特征是：用贴在工件（３）上的应变片（６）和动态应变仪（７）以及配套的光线示波器（８）监视振动器（１）传给工件（３）的动应力数值，对钢和它的焊接件，动应力为３－７ｋｇ／ｍｍ↑〔２〕；铸铁件，动应力为１－３ｋｇ／ｍｍ↑〔２〕。

【技术特征摘要】
1.一种用机械振动降低金属工件残余应力，稳定尺寸精度的方法是把频率可调的振动器(1)装夹在用几个减振垫(2)支承的工件(3)上，操纵控制箱(4)，驱动振动器(1)，在它的频率范围内振动扫描，并用图线记录仪(9)记录工件加速度与频率的关系曲线(11)，然后分别在几个共振峰上振动工件，通过控制箱上的仪表反映装在工件上的加速度传感器(5)的变化，振动器(1)的功率和振动频率。使几个加速度的变化都有所增加。本...

【专利技术属性】
技术研发人员：高文成，郑伟玲，
申请(专利权)人：铁道部大连机车车辆工厂，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]