振動(dòng)時(shí)效工藝在煤礦機(jī)械上的應(yīng)用

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(shí)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(huì)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(shí)效。振動(dòng)時(shí)效就是其中的一種。

振動(dòng)時(shí)效處理過程

一般來說，當(dāng)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)，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(jì)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(dòng)模式下，通過控制器利用加速度計(jì)的輸出信號(hào)，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(gè)或幾個(gè)最佳工作頻率下振動(dòng)，直到其動(dòng)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(dòng)態(tài)參數(shù)的變化可作為判定振動(dòng)時(shí)效效果的依據(jù)。

4. 時(shí)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(shí)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(huì)出現(xiàn)幾個(gè)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(dòng)應(yīng)力的大小來衡量的，調(diào)節(jié)激振力的大小即動(dòng)應(yīng)力的大小，可用動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀來測量，在主振頻率下的最佳動(dòng)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(dòng)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(shí)間的確定

激振時(shí)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(dòng)所顯示的振幅、動(dòng)應(yīng)力的變化等參數(shù)來確定的。一般范圍是20-40min。

振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)配合選擇

工件在掃描時(shí)找固有頻率是一個(gè)復(fù)雜的過程，需由振動(dòng)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(dòng)時(shí)效。

振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效工藝效果。

1. 振幅時(shí)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(shí)效處理，或不進(jìn)行任何處理，因而在生產(chǎn)實(shí)際使用中，會(huì)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(dòng)時(shí)效代替熱時(shí)效和自然時(shí)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(dòng)時(shí)效代替熱時(shí)效，將會(huì)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(shí)踐證明，振動(dòng)時(shí)效具有投資小、周期短、能耗低、方便實(shí)用等特點(diǎn)，它對(duì)工件大小和質(zhì)量沒有限制，可在現(xiàn)場實(shí)施，是一項(xiàng)可以直接應(yīng)用于生產(chǎn)的新技術(shù)，一旦使用將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。