某生產套筒類零件廠家一直以來都是采用熱時效方式消除應力,但此方法消耗了大量的人力物力。所以急需尋找另一種高效的方法代替。廠家找到聚航科技,希望我們能夠提供一種高效消除應力方法。
經過雙方探討后,我們決定采用振動消除應力方法。以下就是振動時效工藝的分析和設計。
試驗零件情況
該批生產的產品屬于易變形的薄壁套筒類零件,但毛胚和半成品結構剛性大。對產品精度和強度及耐磨均要求較高,內孔尺寸精度*高為6-7級,尤其是對精度穩定性要求高。該產品批量大、規格多,毛胚徑向大尺寸700mm以上,長工件1000mm以上;成品徑向小尺寸小于200mm,小壁厚8mm。毛胚采用離心澆鑄合金鑄鐵支撐,經熱時效處理,內孔精加工并強化熱處理后,再行精細加工。由于零件徑向尺寸變化大,需大量強力切削,從多次熱加工到強力切削,工件中的殘余應力不斷變化,且工件屬于易變形的薄壁套筒類零件,要使加工達到精度要求并確保尺寸穩定,時效處理尤為重要。
振動消除應力工藝分析與設計
工藝設計上首先考慮工件安裝與振動臺的設計,此套筒類工件必須多件大小組合縱向排布(多9件組合),臥式安裝,這不同于熱時效時的直立方式,要安裝平穩牢靠且傳遞振動不得有中間介質。另外需采取多點、多頻施振方案,以確保工件在高頻、低頻振動后殘余應力*趨于平衡狀態,終取得*佳振動效果,另外,加速度計應放在遠離激振點的工件上,以獲得真實的振動信號。
理論上講,只要被振工件在任何振動頻率下動應力足夠大,就可以達到均化殘余應力和穩定尺寸的效果。但該產品半成品結構剛性較大,采用常規振動平臺處理可能會減低工件內部的動應力,會影響振動時效的效果。通過有限元分析和經驗設計并模擬試驗,使平臺和裝夾裝置的剛性足夠大,用小的能量激發工件產生較大的動應力,有效地將振動能量傳遞到工件體上,使振動平臺中發生彈性變形。將激振器放置在兩支點的波峰處,使偏心輪的旋轉面垂直于支點的平面,從而使平臺產生彎曲共振,這種振動使裝夾在平臺上的工件產生較大的動應力。
振動消除應力工藝操作
選擇JH-700智能頻譜交流振動時效設備進行試驗,根據原加工工藝進行加工和強化處理,并在全過程中對試件的幾何尺寸和形位公差進行跟蹤測量。
調整偏心角進行預處理。在支點和激振點都不變時,可以采用不同頻率。如果激振器功率較大,還可以采用強迫振動。由于振動波長改變后,動應力的峰值區域也發生變化,所以每次改變頻率時都應改變加速度計的位置。先用手動模式確定激振器偏心角和加速度計的位置,然后按全自動運行模式進行振動,設備控制系統具有自動、手動振前掃頻功能,得出工件本身固有頻率,并自動選擇*佳亞共振峰,動態跟蹤工件內殘余應力的變化,實時進行自動調節,直至檢測到穩定的A-T曲線。設備自動進行振后掃頻和記錄工藝數據、曲線,后根據標準要求,通過比較時效前后及過程中工件有效固有頻率及其加速度等參數的變化定性判斷時效效果。
在加工中和產品出廠6個月后,全過程對試件幾何尺寸和形位公差進行跟蹤測量,采取盲孔法、掃描法精度對比法進行定量和定性檢測分析。粗加工后與時效處理后精度測量大變形量為0.35mm,精加工后與表面強化處理后大變形量為0.04mm,表面強化處理后與再時效處理后大變形量為0.01mm,精細加工后的成品與出廠6個月的產品大變形量為0.002mm。
經實踐證明,在生產這種薄壁套筒類零件過程中,振動消除應力技術可以滿足產品的尺寸精度和穩定性要求。
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