山东省铸造协会

 
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振动时效技术的突破—频谱谐波振动时效技术  (2009/8/8 11:14:41)
标签:     分类:铸造技术
关键词:残余应力 振动时效 频谱谐波振动时效技术
摘要:振动时效比热时效在节约能源,减少污染方面,有着不可比拟的优势。但起源几十年的振动时效也存在着诸多问题,一直无法取代以消除应力为目的的热时效,而纳入正式生产工艺。频谱谐波振动时效技术的出现,完全解决了传统振动时效的这些问题,使振动时效取代以消除残余应力为目的的热时效成为现实。但振动时效发展的明天,不仅仅是为企业提供优质的设备,而是需要为企业不断提供解决消除、均化残余应力问题的能力。
在机械制造领域,应力消除是必需的工艺处理环节,金属件经过铸造、锻压、焊接、机加工后,在金属工件内部会产生残余应力,如果不消除、均化残余应力,会导致工件尺寸变化,降低尺寸精度的稳定性。为了消除残余应力,过去通常采用热时效和自然时效。自然时效周期太长,占地面积大,不适应大批量生产;热时效使用费高,占地面积大,辅助设备多,耗能高,炉温控制难度高,工件易氧化,增加清理工作量,易因受热不均致裂,并在冷却过程中产生新的应力,此外,热时效处理劳动条件差,污染环境。与热时效相比振动时效节约时效节约成本90%以上,节能95%以上,节约投资90%以上,自然时效周期要半年或两年,热时效需1-2天,而振动时效通常仅需几十分钟,最长不超过1小时。设备轻便易携,工艺简单,适应性强,自动化程度高,不受工件大小、重量、地点限制。
振动时效适应现代工业社会对能源和环保的要求。它在某些方面已有取代传统热时效的趋势,成为一种革命性的高新技术。已引起机械制造业的极大关注和兴趣。近二、三十年来在世界范围内得到更为广泛的应用。
一、频谱谐波振动时效技术:
频谱谐波技术是通过傅立叶方法对工件进行频谱分析找出工件的几十种谐波频率,在这几十种谐波频率中优选出对消除、均化工件残余应力效果最佳的五种不同振型的谐波频率进行时效处理,达到多维消除、均化残余应力提高尺寸精度稳定性的目的。
用频谱谐波振动时效技术方式不论金属工件大小、频率刚性高低、材料特性如何均能找出五种不同振型的谐波峰,对其进行有效处理,不受激振器的转速范围限制,对激振点和拾振点无特殊要求,能够处理亚共振振动时效技术方式无法处理的高刚性高固有频率的工件,能够满足对尺寸精度要求高的工件,振动噪音低,在机械行业的应用覆盖面接近100%。期主要特点如下:
(1)处理工件的效果不依赖操作者的技能和经验,百种工件,一种工艺。任何人使用该设备都可达到恒定的处理效果。
(2)处理工件前,无需扫描,对工件进行频谱分析。对任何金属工件都能通过频谱谐波振动时效系统优化选择5个最佳谐振峰,解决了高刚性、高固有频率工件的处理难题,原来亚共振设备振动处理不了的工件,现在都得到了解决。
(3)完全实现了多振型处理,复杂工件的残余应力受到多维动应力叠加达到很好的消除、均化,处理效果显著优于传统振动的亚共振振动时效和热时效。
(4)选择的谐振频率在6000 rpm 以下,振动噪音很小,达到了绿色环保要求。
(5)可完全取代以消除应力为目的热时效,机械行业应用覆盖面可达到100%。
二、传统振动时效技术(亚共振振动时效技术)及其使用缺陷:
传统的振动时效技术也就是亚共振技术发展了几十年但存在着一直未能解决的技术难题,所以也一直无法纳入正式的工艺生产流程,也始终没有受到广泛企业的认可,得到大规模的应用。
 1、亚共振时效方式:由低转速扫描到电机额定转速,寻找共振峰,在亚共振区确定主、附振频率及扫频范围。在亚共振频率进行数十分钟的振动处理。
2、亚共振技术存在的问题:
(1)对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求,需要不断的扫频、调整位置。所以设备操作必须是受过专业培训的人员操作,一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术;工件在单件生产时调整相当繁琐,拾振器、支撑点很难调到最佳状态,一种工件就需要制订一种工艺;人为地确定需处理共振峰,这对操作者的经验要求也比较高;
(2)因为是通过扫频的方式寻找共振峰,而电机的转速是有限的,当工件共振频率超出激振器的频率范围时,通过扫描就无法找到工件共振频率,因而无法对工件进行有效的振动处理。国家数据统计亚共振技术可处理的工件在机械制造业应用覆盖面仅为23%。
(3)有效振型较少,振动时效的应力消除不稳定,应力的消除不能得到最佳的结果;
(4)噪声过大也是难以推广的主要原因。
三、频谱谐波振动时效技术与传统振动时效技术对比
 
四、频谱谐波振动时效技术在企业的应用:
频谱谐波振动时效技术的专利发明人是北京翔博科技有限责任公司,他们生产的采用频谱谐波技术的“领航者消除应力专家系统”已经率先在中国航空、航天、兵器等高精尖行业得到了充分应用,解决了这些行业多年困扰的问题,被纳入了正式的工艺定型方案。但因为这类产品价格偏高,再加上原有振动时效在很多企业产生的阴影,在广大的民用机械制造企业还没有得到广泛的接纳。但新技术的出现解决了几十年的技术难题,使振动时效取代热时效逐渐成为现实。
领航者消除应力专家系统部分应用客户的效果表
五、 取代以消除应力为目的的热时效是发展趋势
人类进入工业社会以来,先后出现了三次意义深远的伟大变革,这三次工业革命分别以十八世纪蒸汽机的发明、十九世纪初发电机的发明和二十世纪中叶电子计算机的发明为重要标志。这三次变革推动了社会生产力的迅速发展,影响和改变了人们的生活方式。但也严重破坏了人类生存的环境,使我们生存的地球变得千疮百孔,越来越严重的问题,使人们在改变生活的同时,不得不面对越来越严峻的环境问题。资源是不可再生的,破坏的环境是很难逆转的。节约能源,减少排放已经成为各国政府的重点工作。
在机械制造行业,一些明显高能耗、高污染的工艺手段,会受到很大的限制。振动时效与热时效相比有着其不可比拟的节能减排优势,而且在其他方面也有部分优于热时效。
热时效振动时效对比
 
新的频谱谐波技术在振动时效领域的应用,使振动时效取代以消除应力为目的的热时效已经成为可能,而且是必然发展方向,高能耗、高污染的落后工艺技术,被新型的绿色技术所淘汰是历史发展的必然趋势,是人类生存发展的必然需要。相信在2009年或许2008年就会迎来一个振动时效普及年。
时效处理工艺作为机械制造中的一个重要环节,在今后的发展中,振动时效取代热时效是必然之路,而优秀的设备提供商,在新技术的背景依托下,为企业提供优质的服务,为企业提供持续解决残余应力问题的能力是根本发展之道,才是彻底改变目前落后的处理手段的最终发展目标。
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