在農機、機床等設備中大型鑄件的應用十分普遍。大型鑄件在鑄造過(guò)程中,由于體積大、結構復雜,凝固過(guò)程中易產(chǎn)生較大的殘余應力,造成鑄件出現裂紋等質(zhì)量缺陷。為了消除鑄件的殘余應力,一般采用退火等熱處理的方法進(jìn)行時(shí)效處理。
大型鑄件的熱處理需要建立大型的時(shí)效爐,成本高、污染重。
近年來(lái),使用振動(dòng)方法進(jìn)行時(shí)效處理獲得很大范圍內的應用。振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是采用機械共振的方法,消除或勻化鑄件、鍛件、焊接件在熱加工或機械加工過(guò)程中所產(chǎn)生的殘余應力,有效防止機械產(chǎn)品在使用過(guò)程中因殘余應力釋放而造成的變形、甚至開(kāi)裂的時(shí)效處理。
振動(dòng)時(shí)效的過(guò)程中,工藝參數的選擇十分重戛目前一般使用掃頻法在生產(chǎn)實(shí)踐中總結規律,制訂工藝參數。但是對于大型鑄件來(lái)說(shuō),使用試驗法成本過(guò)高且效率低下,在企業(yè)難以推行。振動(dòng)時(shí)效的工藝過(guò)程及主要工藝參數對時(shí)效效果的影響,振動(dòng)時(shí)效過(guò)程進(jìn)行仿真分析,借助分析結果制定出合理的時(shí)效工藝參數。
振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程是將激振器剛性?shī)A持在被處理零件的適當位置,并將鑄件用彈性物體支撐通過(guò)控制器使激振器不斷地敲擊鑄件,使鑄件處于振動(dòng)狀態(tài),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間就可以達到消除殘余應力的目的。
在這個(gè)過(guò)程中,以振動(dòng)的形式給鑄件施加交變應九當交變應力與殘余應力疊加達到或超過(guò)材料極限應力值時(shí),鑄件內部發(fā)生一定的微觀(guān)粘彈塑性金屬力學(xué)變化,從而在一定程度上降低和均勻鑄件內部的殘余應力,提高鑄件將來(lái)的尺寸穩定性及疲勞壽命等性能。振動(dòng)時(shí)效能夠降低鑄件內的殘余應力,并使應力分布均勻化。
從理論上來(lái)說(shuō),施加于鑄件的動(dòng)應力必須處在一個(gè)合適的范圍內。動(dòng)應力與殘余應力的疊加應該大于鑄件材料的屈服極限,使鑄件產(chǎn)生塑性變形,從而降低殘余應力。但是疊加力過(guò)大超過(guò)了材料的疲勞極限,又會(huì )對鑄件造成損傷,影響鑄件的使用壽命。因此確定合適的動(dòng)應力范圍是進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效成功的關(guān)鍵。
鑄件振動(dòng)的動(dòng)應力來(lái)自于激振裝置的激振力。對于機械式激振裝置,激振力就是偏心質(zhì)量的旋轉產(chǎn)生的離心力。激振力決定了動(dòng)應力的大小。
動(dòng)應力的大小不僅取決于激振力,還和鑄件的振動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。振動(dòng)狀態(tài)表現為振型、振幅和頻率。當振動(dòng)頻率選擇在鑄件的共振頻率附近的時(shí)候,能夠使用較小的激振力產(chǎn)生較大的動(dòng)應力。在鑄件共振時(shí),激振力越大,內部產(chǎn)生的振幅越大,相應的動(dòng)應力也就越大,在不超出構件疲勞極限條件不振動(dòng)時(shí)效的效果就越好。動(dòng)應力的大小還與鑄件安裝的支撐位置、激振器作用點(diǎn)密切相關(guān)。鑄件安裝時(shí),將激振點(diǎn)選擇在振幅較大處,而將支撐點(diǎn)選擇在振幅較小處。
綜上所述,影響振動(dòng)時(shí)效的工藝參數有:激振力的大小、激振頻率、激振時(shí)間,以及鑄件的支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)位置等。