榨輥是榨糖生產(chǎn)中重要組成部分，在蔗糖產(chǎn)業(yè)發(fā)揮著重要作用。近幾年來，隨著鋼鐵工業(yè)原材料成本的不斷上升，降低生產(chǎn)過程中的消耗成為決定企業(yè)生存不可忽略的一個(gè)因素。企業(yè)為了節(jié)約成本，會將生產(chǎn)中磨損的榨輥進(jìn)行回收修補(bǔ)再重新利用。

常用的修補(bǔ)榨輥方法主要是對榨輥的磨損部位進(jìn)行補(bǔ)焊和消除補(bǔ)焊及生產(chǎn)過程中由于受力問題產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。如何更快更好的消除舊榨輥修補(bǔ)后由于焊接的殘余應(yīng)力就成為很重要的問題。

常用的消除應(yīng)力方法有自然時(shí)效、熱時(shí)效和振動時(shí)效。前兩種方法費(fèi)用高、能源消耗大、處理時(shí)效長，不利于節(jié)約成本。振動時(shí)效因無污染、效率高、成本低等特點(diǎn)被歡迎。然而，補(bǔ)焊維修后殘余應(yīng)力主要分布在榨輥兩端，如何通過振動時(shí)效方式消除殘余應(yīng)力成為了研究重點(diǎn)。

支撐方式對振動時(shí)效影響的分析

對于榨輥這類的軸類零件，傳統(tǒng)的振動時(shí)效方式大多采用簡支梁支撐，激振力施放于中部。

采用這種激振方法，能獲得較低的共振頻率，加載單位力后，變形也是最大的。但這種時(shí)效方式產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變主要集中在榨輥中部，兩端變形較小。而榨輥補(bǔ)焊位置主要位于榨輥的兩端，這種振動時(shí)效方法效果并不明顯。如果將支撐點(diǎn)移到中間，使得兩端成為懸臂梁的形式，榨輥兩端的應(yīng)力應(yīng)變情況會得到改善。

由ANSYS分析可知，采用兩端支撐時(shí)，系統(tǒng)共振頻率為66HZ，左邊補(bǔ)焊處有最大變形（0.018-0.008m），但右邊補(bǔ)焊處最大變形量為0.006m，而大部分區(qū)域變形量低于0.002m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到振動時(shí)效要求。

當(dāng)支撐點(diǎn)向內(nèi)移動時(shí)，系統(tǒng)共振頻率雖然上升到77Hz，兩端補(bǔ)焊處獲得的應(yīng)變相對兩端支撐而言較為均勻，變形量為0.01-0.02m。

特別是榨輥?zhàn)蠖税惭b上嚙合齒輪后，效果更為明顯。雖然共振頻率有所升高，但仍在激振器激振頻率的范圍內(nèi)。所以上述分析可知，與第一種支撐方式相比，采用第二種支撐方式可以更好的消除榨輥補(bǔ)焊處的殘余應(yīng)力。

案例驗(yàn)證

某公司生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行了振動時(shí)效，對工藝進(jìn)行驗(yàn)證。榨輥軸母體材料為45鋼，其支撐處采用自動埋弧焊接方法進(jìn)行焊接修補(bǔ)，焊接后經(jīng)車床加工到設(shè)計(jì)尺寸。采用JH-200A振動時(shí)效設(shè)備進(jìn)行消除應(yīng)力，使用JHMK殘余應(yīng)力檢測系統(tǒng)對時(shí)效前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行測試。測點(diǎn)布置在榨輥軸支撐處焊接部位靠近過渡圓角處的1/4圓周上，均勻分布選取4個(gè)測試點(diǎn)，分別編號為1^#、2^#、3^#和4^#，對2^#和4^#進(jìn)行振動前殘余應(yīng)力測試，對1^#和3^#進(jìn)行振動后殘余應(yīng)力測試。榨輥用該廠原有的軸承支架兩點(diǎn)支撐，激振器固定在榨輥方頭端部，激振器偏心角60°。

殘余應(yīng)力計(jì)算中，應(yīng)力釋放系數(shù)參考值取為；A=-0.097，B=-0.287。

時(shí)效振動前，榨輥軸上2^#和4^#測點(diǎn)處殘余應(yīng)力值分別為270和237MPa，兩測點(diǎn)的殘余應(yīng)力平均值為253MPa。兩點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力值接近，在一定程度上說明1^#和3^#測點(diǎn)可分別作為2^#和4^#測點(diǎn)的比較點(diǎn)，可以取兩測點(diǎn)的平均值以考察時(shí)效振動的效果。

時(shí)效振動后，榨輥軸上1^#和3^#測點(diǎn)處殘余應(yīng)力值分別為170和200MPa，兩測點(diǎn)的殘余應(yīng)力平均值為185MPa。通過結(jié)果對比計(jì)算發(fā)現(xiàn)：振動時(shí)效后，1^#和3^#測點(diǎn)的殘余應(yīng)力平均值較2^#和4^#測點(diǎn)的殘余應(yīng)力平均值降低68MPa，下降率為36%。

結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)證明，振動時(shí)效工藝可降低榨輥軸焊接處的殘余應(yīng)力，能夠改善和使局部殘余應(yīng)力重新分布，并能在一定程度上改變榨輥軸上殘余應(yīng)力的狀態(tài)，即能使殘余應(yīng)力向殘余壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變，可提高榨輥軸的承載能力和使用壽命。