[其他]用機械振動降低金屬工件殘余應(yīng)力穩(wěn)定尺寸精度的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85102185
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102185A
• 公開（公告）日: 1986-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高文成;鄭偉玲
• 申請（專利權(quán)）人: 鐵道部大連機車車輛工廠
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 大連專利服務(wù)中心
• 代理人: 高文成

本發(fā)明屬于金屬制造業(yè)中工件時效處理的一種方法，以采用機械振動降低工件殘余應(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，會產(chǎn)生變形，影響尺寸精度，對于高精度設(shè)備至關(guān)重要，另外，由于有殘余應(yīng)力，尤其是拉應(yīng)力，會降低工件的抗拉強度和疲勞強度。其三還會引起應(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)中的一項重要工作。

公知的自然時效法是利用晝一夜溫差使工件經(jīng)受長期的膨脹與收縮來降低工件殘余應(yīng)力，保證尺寸精度，由于處理時間長達(dá)一年以上，所以很少有人應(yīng)用。

熱時效是普遍應(yīng)用的公知技術(shù)，它是把工件加熱到550～650℃，經(jīng)過保溫后，隨爐冷卻，在高溫時，使殘余應(yīng)力高于因為溫度升高而降低了的屈服極限，產(chǎn)生了塑性流動，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，熱時效使工件強度降低，消耗大量熱能，工件產(chǎn)生氧化皮，增加了除銹工序，對超長大件進(jìn)行熱處理變得困難。

用外加干擾力使工件產(chǎn)生振動，當(dāng)加給工件的動應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加大于材料的屈服極限時，產(chǎn)生塑性流動以降低殘余應(yīng)力，同時由于動應(yīng)力的推動，晶格產(chǎn)生位錯滑移，使位錯了的晶格處于穩(wěn)定狀態(tài)以達(dá)到降低殘余應(yīng)力的目的。

美國專利4381673（83年5月）的說明書介紹了用振動降低工件殘余應(yīng)力的方法;這種方法是通過控制箱來控制裝夾在用減振墊支承的工件上的振動器，在振動器的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行振動掃描，并通過圖線記錄儀記錄工件的加速度，功率與頻率的關(guān)系曲線，找出幾個峰值，然后分別在各個峰值處振動工件，加速度在增加，十五分鐘內(nèi)完成一個峰值的振動。最后做第二次掃描，若兩次掃描的加速度曲線有變化，說明工件已處理好。但這種公知的方法有如下缺點：

或者使工件處理不徹底，或者把工件振壞。因為該發(fā)明所指的反映振動載荷的參數(shù)是裝在工件某一部位上的加速度傳感器的加速度值，該振動的工件在各個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)過隨意放大或縮小了的加速度曲線只能反映振動的趨勢，并不能真正反映外加動載荷的大小。另外，振動器的振動力大小完全是憑經(jīng)驗來調(diào)定，因此出現(xiàn)兩種傾向，一種傾向是振動器的振動力過小，雖然在振動時也出現(xiàn)加速度的一點增加，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。另一種傾向是振動器的振動力過大，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)是提供一種振動降低殘余應(yīng)力的方法，克服上述方法的缺點，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)明的一個特點是：在對工件進(jìn)行振動處理或掃描時，始終用一種儀器，可以用貼在工件上的一個到三個應(yīng)變片和動態(tài)應(yīng)變儀及光電示波器監(jiān)視工件所接受的動應(yīng)力數(shù)值，經(jīng)過多次試驗得出：對于鋼和它的焊接件動應(yīng)力為3-7kg/mm²，鑄鐵件為1-3kg/mm²，如果動應(yīng)力值超過上限，容易使工件出現(xiàn)微裂紋，甚至振壞。動應(yīng)力小于下限，雖然在振動過程中也出現(xiàn)加速度值的一點增加，但長時間內(nèi)不能真正穩(wěn)定下來，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)定的動應(yīng)力范圍內(nèi)處理工件都能保證要求。

為了保證動應(yīng)力在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以用調(diào)整振動器的振動力的方法，也可以調(diào)整它的振動頻率，使工件在共振峰和它的前沿的某一個頻率上振動。因為共振的特性是在共振峰處動應(yīng)力最大，向工件輸入的能量也最大，越是遠(yuǎn)離共振峰，動應(yīng)力越小。

發(fā)明的另一個特點是：工件在振動掃描時一般出現(xiàn)一個到兩個主要共振峰，最多不超過三個主要共振峰，因此只要在一個或者兩個或者三個這樣的頻率范圍內(nèi)振動就可以了，而其他的小共振峰范圍，動應(yīng)力很小，根本達(dá)不到所要求的動應(yīng)力下限值，因此被認(rèn)為是振動無效或者效果不大。

圖中顯示了本發(fā)明的一個實施例。

圖一、為本發(fā)明對一種機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架做振動降低殘余應(yīng)力的實施簡圖。