1 引 言
振動時效技術主要是利用共振消除和均化金屬構件內部殘余應力, 起到增強構件抗變形能力, 穩定尺寸精度, 從而提高機械制造水平的良好作用。與熱時效相比, 這一技術的優勢是:降低峰值應力30% ~ 50%; 提高抗動載變形能力1~ 3倍, 抗靜載變形能力30% 以上; 提高尺寸精度穩定性30% 以上; 節約時效成本90%以上;節能95% 以上; 處理時間通常為半小時, 提高效率幾十倍; 無環境污染。
該技術在很大程度上可替代傳統的熱時效和自然時效工藝。對于大型鑄、鍛、焊、模具件的應力消除效果尤其明顯。曾列入/六五0、/七五0 重點攻關及/八五0 重點推廣項目, 在機械制造業得到不同程度的應用。國家經貿委從1999年起在全國進行振動時效技術的推廣, 在2000年將滿足工廠使用要求的振動時效設備列為國家級重點技術創新項目。
本文不再對/ 振動時效0 的原理進行闡述,僅針對其在大型曲軸加工中, 對減小加工變形的作用進行敘述。
2 傳統時效工藝給曲軸加工帶來的問題
淄柴是專業生產船舶動力的企業, 產品有170、210、250、300、N330五大系列三百多個品種。曲軸作為柴油機上的關鍵零部件, 其加工質量一直是影響產品質量的主要因素之一。由于生產節拍的加快,曲軸自然時效的時間得不到保證, 原來可以通過長期的自然時效來消除的應力集中問題, 已經無法解決。時效工藝不合理造成的曲軸加工問題, 有以下兩點(以8300系列柴油機曲軸為例分析):
(1) 毛坯經熱時效后, 留有的熱應力未得到良好的釋放, 在加工過程中與加工應力疊加, 造成加工過程中應力集中釋放, 使加工變形增大。
行程技術要求：S
0.10mm(S公稱尺寸), 實際測量: S
0.60mm; 軸線彎曲技術要求: 軸線直線度
0.02mm /100mm, 實際測量: 軸線直線度
0.08mm /100mm。
(2) 由于應力過大, 曲軸表面金相組織不符合要求, 使加工后的曲軸表面質量下降。
表面硬度技術要求: HB190~ HB230, 實際測量: HB170~ HB210;
鑒于自然時效的周期過長, 熱時效的效果又不甚理想的狀況, 根據廠多年的振動時效經驗, 決定在曲軸上進行振動時效試驗, 試驗選用8300系列柴油機曲軸。(以下簡稱試驗工件)。
3 振動時效工藝參數的確定及工藝過程
(1) 試驗曲軸的相關參數見表1。
(2) 激振力及激振轉速的選擇
根據經驗, 確定激振力為20 kg, 激振轉速5400 r/m in。
(3) 振動時效工藝過程
首先確定振動時效工序位置。由于精加工前消除應力的需要, 所以, 這一工序在原精車與磨削之間進行。然后確定工序留量。由于產生質量問題的主要工序是磨工序, 但精車工序的預留加工量的大小, 最直接影響磨削加工中應力的釋放。所以, 為了減小試驗工件變形量, 并能較清晰地觀察軸頸表面的加工質量的變化, 就要確定合理的工序留量。根據加工實際狀況, 初步確定精車→磨削留量為1mm、1.5mm兩種方案(原工序留量為2mm )。
(4) 確定振動時效的時間
參照其他零部件的振動時效時間, 確定振動時間為30m in。
(5) 確定振動時效后試驗工件的磨削主要參數
磨床主軸轉速為60r/min, 磨削進給量為0115mm/r。
(6) 確定試驗中的檢測參數(參見試驗結果)。
4 試驗結果
(1) 未經振動時效的試驗工件磨削前后的檢測參數對比見表2。
(2) 經振動時效后試驗工件磨削前后的檢測參數對比見表3。
5 試驗結論
由試驗結果可得以下結論:
(1) 經振動時效處理后, 試驗工件再經過磨削工序, 加工應力釋放得非常平穩, 工件變形明顯減小。雖然振動時效并不能完全消除應力給曲軸加工帶來的影響, 但對于減小曲軸的加工變形, 作用非常明顯。
(2) 影響曲軸加工中由應力導致變形的因素是多方面的, 各因素的影響程度也各不相同。振動時效對加工應力的消除, 某種程度上需要各項工藝參數之間的合理選配。例如, 本次試驗雖然反復多次進行, 但因激振力及激振轉速的選擇需要長時間的經驗積累, 導致試驗數據過于單一; 另外, 因為8300曲軸各曲柄軸頸以90b為夾角圓周分布, 有利于工件支撐, 重心較穩。所以, 以其作為試驗工件, 試驗數據難免片面。
但是, 振動時效做為一種工藝手段, 在曲軸這種較為復雜的零部件上推廣應用, 值得深入研究。
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