2011/5/17 0:00:00
摘要：介绍了对40000kN锻压机床的滑块(80t)上横梁(100t)和底座(120t)三大焊接结构件进行振动时效的工艺及其处理结果。
关键词：振动时效；锻压设备；应用
1 前言
振动时效又称VSR(Vibration Stress Rclief)振动消除应力法，它的实质是以机械振动的形式对工件施加应力，当附加应力与残余应力叠加的总应力达到或超过某一数值后，在应力集中的地方就会因应力超过金属材料的屈服强度而发生微观和宏观的塑性变形。从而降低该处的残余应力峰值，达到应力均匀化的目的；另外，振动引起位错的增殖和移动，使材料的屈服点上升，从而提高了金属的抗变形能力，达到了稳定工件尺寸的目的。
近10年来，振动时效工艺发展迅速，并在大重型结构件上得到了应用。该工艺与热处理相比主要具有下述特点：(1)投资少，不需建造大型的热时效炉，只需在现场使工件在共振频率下进行时效。(2)周期短，每个工件只需设3~4个振点，每个振点振10~25min。(3)热处理有软化材料、去氢和提高冷脆性的作用，而振动时效则有均化应力效果明显、强化材料的特点。对于刚性设计的大重型焊接结构件，由于对其强度和尺寸稳定有一定要求，所以采用振动时效工艺是非常合适的。(4)不仅节约能源，而且具有振动设备体积小、重量轻、操作简单等优点。
在无锡西塘锻压厂的40000kN锻压机制造过程中，需对上横梁(100t)、滑块(80t)和底座(120t)三大焊接构件进行消除应力处理，以稳定工件尺寸。经分析，如用热处理方法需耗时3个月、费用35万元左右；而用振动时效工艺只需6天、费用2.1万元。可见，大型结构件用振动时效法处理效果明显。
2 振动时效工艺方案
2.1 剪切振动
理论上讲被振工件在任何振动频率下只要动应力足够大就都能达到均化残余应力和稳定尺寸的效果。但为了能用最小的能量激发大型构件产生较大的振动，我们将激振器放置在远离支点的波峰处，并使偏心轮的旋转面平行于支点的平面，从而使工件上下二个面作呈剪切运动的共振。这种振动对垂直面上的焊缝以及上下平面与各垂直面的角焊缝都能产生较大的动应力，加速度传感器应放在边长较大的一边，以获得较高的振动信号，具体布置见图1a。
2.2 固定支点状况下的多点振动
由于工件很重，最轻的也有80t，而现场行车的起吊能力只有30t，故只能用千斤顶将工件顶起。顶起时，要在支部处垫入弹性橡胶垫块。为了使工件各处能够获得足够大的动应力，采用了固定支撑多点施振的方案。该方案激振器的安装位置采用“垂直平分线法”，即以三个支点中心为顶点作一个三角形，三角形三条边的垂直平分线与边缘线的交点位置即是激振器的固定区域(图1b)。这种振动模型振动阻力小，易于获得振幅较大的共振。为了取得最佳的振动效果，可对每个工件设3~4个激振点进行振动。按工件结构形式、重量、残余应力的大小和分布不同，每个激振点的振动时间为10~20min。
2.3 多频振动
在同一种激振状态下(支点和激点都不改变位置)，可以采用不同的频率进行振动。若激振器功率大，还可以采用强迫振动。这种方案由于振动波长改变后动应力的峰值区域也发生变化，所以每改变一次频率都应改变加速度传感器的位置。
3 工艺实施和数据测量
