長期以來,煤礦機(jī)械中大量的焊接件、鍛件及鑄件在加工過程中均需進(jìn)行去應(yīng)力退火,即熱時效處理,其主要目的是降低殘余應(yīng)力,減小變形,避免開裂。這種方法雖然可以消除大量的殘余應(yīng)力,但也有許多不足之處,不僅周期長、成本高、污染大。而且,由于處理質(zhì)量可控性差,處理后還會產(chǎn)生缺陷。因此,廠家一直在探索更高效、節(jié)能的方式來代替熱時效。振動時效就是其中的一種。
振動時效處理過程
一般來說,當(dāng)工件進(jìn)行振動時效處理時,具體過程如下;
1. 先將工件平穩(wěn)地放在橡膠墊上,然后將激振電機(jī)和加速度計緊緊地安裝在工件上。
2. 在適當(dāng)?shù)念l率范圍內(nèi)開始第一次掃頻,首先,在自動模式下,通過控制器利用加速度計的輸出信號,結(jié)合激振電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù),確定出最佳工作頻率;
3. 工件在選定的一個或幾個最佳工作頻率下振動,直到其動態(tài)參數(shù)的變化趨于穩(wěn)定,如加速度幅值增大、共振峰左移、帶寬變窄及激振電機(jī)電流減小等。這些動態(tài)參數(shù)的變化可作為判定振動時效效果的依據(jù)。
4. 時效完成后,緊接著開始第二次掃頻,其目的主要是讓控制器收集有關(guān)應(yīng)力消除效果的信息,打印出時效曲線。
工藝參數(shù)及效果判斷
主振頻率確定
構(gòu)件的固有頻率與構(gòu)件的質(zhì)量、剛度、形狀、內(nèi)應(yīng)力及材質(zhì)等因素有關(guān)。在掃描過程中,會出現(xiàn)幾個幅峰,幅峰大而頻率最低的峰即是一階共振頻率。在一階共振區(qū)內(nèi)共振峰的前沿,即最大加速度值1/3-2/3點(diǎn)的頻率,稱為主振頻率。
激振力的確定
激振力的大小是通過工件承受動應(yīng)力的大小來衡量的,調(diào)節(jié)激振力的大小即動應(yīng)力的大小,可用動態(tài)電阻應(yīng)變儀來測量,在主振頻率下的最佳動應(yīng)力,焊接結(jié)構(gòu)件為70-100MPa,鑄鐵件為15-35MPa,鋼件為50MPa。
工件的激振點(diǎn)及支撐點(diǎn)的確定
激振器應(yīng)安裝在工件振動的波峰處,支撐點(diǎn)應(yīng)選擇在波節(jié)處,傳感器應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離激振器的另一波峰處。
激振時間的確定
激振時間是由殘余應(yīng)力的降低和均勻化、工件的固有頻率、工件振動所顯示的振幅、動應(yīng)力的變化等參數(shù)來確定的。一般范圍是20-40min。
振動時效工藝參數(shù)配合選擇
工件在掃描時找固有頻率是一個復(fù)雜的過程,需由振動力的大小、激振點(diǎn)、支持點(diǎn)及傳感器安裝位置互相配合,才能找到工件的固有頻率,進(jìn)行有效的振動時效。
振動時效的工藝效果判斷
如果出現(xiàn)下列情況之一,即可判定為達(dá)到振動時效工藝效果。
1. 振幅時間(A-t)曲線中,工件振幅穩(wěn)定在某一值2-3min。
2. 振幅頻率(A-f)曲線振后的比振前的峰值升高。
3. 振幅頻率(A-f)曲線振后的比振前的峰值點(diǎn)左移。
4. 振幅頻率(A-f)曲線振后的比振前的帶寬變窄。
在煤機(jī)產(chǎn)品中的推廣應(yīng)用前景
1.在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中,大型設(shè)備占有相當(dāng)大的比例,其中包括許多大型鍛件、焊接件、鑄件,如掘進(jìn)機(jī)切割頭懸臂梁、采煤機(jī)切割部懸梁、減速機(jī)殼體、液壓支架底座、掩護(hù)梁及頂梁等。由于條件的限制,熱處理后構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力峰值仍然較高。一些焊接構(gòu)件因條件限制只能進(jìn)行自然時效處理,或不進(jìn)行任何處理,因而在生產(chǎn)實際使用中,會出現(xiàn)一些斷裂或開焊現(xiàn)象。不僅影響生產(chǎn),而且有很大的安全隱患。如果在這些煤機(jī)制造工藝中采取振動時效代替熱時效和自然時效,使該工序標(biāo)準(zhǔn)化,有效降低和均化構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力,降低企業(yè)成本,將給制造廠家和煤礦安全生產(chǎn)節(jié)約大量資金,進(jìn)一步提高企業(yè)效益,增強(qiáng)在國際市場中的競爭力。
2.在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中,大量的配件其性能與國外產(chǎn)品性能相比,普遍存在著壽命短的問題,主要原因是國內(nèi)產(chǎn)品韌性不足、殘余應(yīng)力峰值較高以及生產(chǎn)工藝落后。如果在未來配件生產(chǎn)中引入振動時效代替熱時效,將會延長這些產(chǎn)品的壽命,既節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用,又給安裝生產(chǎn)帶來一定的保證。
結(jié)語
實踐證明,振動時效具有投資小、周期短、能耗低、方便實用等特點(diǎn),它對工件大小和質(zhì)量沒有限制,可在現(xiàn)場實施,是一項可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)的新技術(shù),一旦使用將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。