王 晶

陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司，陜西寶雞 721006

振動(dòng)時(shí)效工藝初探

王 晶

陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司，陜西寶雞 721006

本文簡(jiǎn)要介紹了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，選取典型金屬小零件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，通過(guò)振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力值的比較來(lái)驗(yàn)證振動(dòng)時(shí)效效果，并對(duì)振動(dòng)時(shí)效工藝有效性進(jìn)行評(píng)定。

振動(dòng)時(shí)效；頻譜諧波；殘余應(yīng)力

1 概述

振動(dòng)時(shí)效在國(guó)外稱之為VSR（Vibratory Stress Relief）技術(shù)，通過(guò)給存在殘余應(yīng)力的構(gòu)件施加交變循環(huán)的動(dòng)載荷，在該動(dòng)載荷的作用下，構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化或重新分布，從而穩(wěn)定構(gòu)件尺寸。

本文選取典型金屬小零件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，通過(guò)振動(dòng)時(shí)效前、后殘余應(yīng)力值的比較對(duì)振動(dòng)時(shí)效工藝的有效性進(jìn)行評(píng)定，為振動(dòng)時(shí)效工藝在陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

2 振動(dòng)時(shí)效設(shè)備和零件的選取

2.1 振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的選擇

選擇何種技術(shù)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效是本課題的關(guān)鍵所在。方案一是選擇亞共振技術(shù)，方案二是選擇頻譜諧波技術(shù)。

考慮到頻譜諧波技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)處理金屬小零件效果明顯，能有效降低生產(chǎn)成本。因此，選擇第二種方案，用LH2508型領(lǐng)航者振動(dòng)消除應(yīng)力專家系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。

2.2 零件的選取

航空金屬零件具有尺寸小、精度高的特點(diǎn)，通常在加工、鑄造、焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。選取典型零件鋁環(huán)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，通過(guò)振動(dòng)時(shí)效前后殘余應(yīng)力值的比較來(lái)驗(yàn)證振動(dòng)時(shí)效效果，對(duì)振動(dòng)時(shí)效工藝有效性進(jìn)行評(píng)定。

3 試驗(yàn)方案

用X射線衍射法對(duì)鋁環(huán)（毛坯 ）進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效前殘余應(yīng)力測(cè)試；接著進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理；振動(dòng)時(shí)效后，再次進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。

4 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1）鋁環(huán)（毛坯），3件；

2）MSF-2MX射線應(yīng)力測(cè)定儀；

LH2508型領(lǐng)航者振動(dòng)消除應(yīng)力專家系統(tǒng)。

5 試驗(yàn)過(guò)程

5.1 殘余應(yīng)力測(cè)試

在測(cè)試殘余應(yīng)力前，依據(jù)應(yīng)力理論，確定并選取鋁環(huán)（毛坯）零件X射線測(cè)試點(diǎn)。在鋁環(huán)上選取3點(diǎn)，按照鋁環(huán)（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)）的順序進(jìn)行測(cè)量。振動(dòng)時(shí)效前鋁環(huán)的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

5.2 振動(dòng)時(shí)效處理

LH2508型領(lǐng)航者振動(dòng)消除應(yīng)力專家系統(tǒng)主要由控制器、激振器和傳感器3部分構(gòu)成。用減振墊將振動(dòng)平臺(tái)平穩(wěn)地支撐起來(lái)，將激振器、試件與振動(dòng)平臺(tái)剛性牢固裝夾，連接好控制器外部各連線， 將激振器初始偏心調(diào)至40%；一切就序后，進(jìn)入主菜單進(jìn)行頻譜分析，處理時(shí)間總計(jì)40min。時(shí)效過(guò)程中對(duì)每個(gè)頻率點(diǎn)振動(dòng)轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量，打印出6個(gè)頻點(diǎn)完整的加速度-時(shí)間關(guān)系曲線。

圖1 振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn)處理曲線圖

振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn)處理曲線圖，如圖1所示。圖中T表示時(shí)間，G表示加速度，GMax表示加速度最大值，GS表示加速度初始值，Ge表示加速度平均值。從曲線圖可以看出一個(gè)處理周期下處理的5個(gè)完整的諧波頻率中有一至兩個(gè)峰值加速度為30m/s2～70m/s2。加速度—時(shí)間曲線先上升后下降，最終變平。符合HB/Z229-93中華人民共和國(guó)航空航天工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 振動(dòng)時(shí)效后殘余應(yīng)力測(cè)試

振動(dòng)時(shí)效處理后，再次對(duì)試件進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。按照鋁環(huán)（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)）的順序進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，測(cè)試點(diǎn)的位置不變。

6 測(cè)試結(jié)果分析

鋁試件振動(dòng)時(shí)效處理前后殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 鋁環(huán)振動(dòng)前后殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

|差值|Max=測(cè)試點(diǎn)上各試樣應(yīng)力值與平均值差的絕對(duì)值的最大值

|差值|Min=測(cè)試點(diǎn)上各試樣應(yīng)力值與平均值差的絕對(duì)值的最小值

從上表不難看出，鋁環(huán)表面殘余應(yīng)力振動(dòng)時(shí)效前后都比較低。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算分析， 3號(hào)測(cè)試點(diǎn)振動(dòng)時(shí)效后應(yīng)力平均值變化量最小（2.3MPa）； 1號(hào)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)效后應(yīng)力的|差值|Max與|差值|Min變化量最?。?.6 MPa）；由于測(cè)試方法本身的局限性和試樣表面殘余應(yīng)力較低，導(dǎo)致3號(hào)試件2號(hào)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，予以剔除。通過(guò)數(shù)據(jù)比較，不難看出振動(dòng)時(shí)效后殘余應(yīng)力差值較振動(dòng)前有不同程度的降低，證明振動(dòng)時(shí)效后較振動(dòng)時(shí)效前殘余應(yīng)力有所降低，表明振動(dòng)時(shí)效處理消除、均化了各個(gè)測(cè)試點(diǎn)殘余應(yīng)力，達(dá)到了時(shí)效的預(yù)期效果。

7 試驗(yàn)結(jié)論

由振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn)處理曲線圖可以看出振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果明顯，符合HB/Z229-93中華人民共和國(guó)航空航天工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)結(jié)果分析顯示振動(dòng)時(shí)效后試件表面殘余應(yīng)力值均比較小，其變化比較明顯。鋁環(huán)振動(dòng)時(shí)效后消除殘余應(yīng)力百分率為4.81%。在試件本身殘余應(yīng)力較低的情況下，獲得了此消除應(yīng)力效果，說(shuō)明諧波振動(dòng)時(shí)效是非常有效的，能夠處理固有頻率較高的零件，能夠解決金屬小零件時(shí)效問(wèn)題。

8 結(jié)論

此項(xiàng)研究不僅用于軍工產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，而且可推廣到民用飛機(jī)配件和儀表零件的生產(chǎn)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。高效、環(huán)保的振動(dòng)消除應(yīng)力技術(shù)的推廣應(yīng)用，將大大提高企業(yè)的機(jī)械制造水平，為企業(yè)帶來(lái)更高的生產(chǎn)效率和巨大的社會(huì)效益。

TH16

A

1674-6708（2011）37-0026-02