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在焊接、沖壓、鑄造和其它許多加工過程中，金屬工件均可能形成殘余應(yīng)力。在許多情況下，殘余應(yīng)力的存在對工件是有害的，如降低工件強(qiáng)度和疲勞極限，造成脆性斷裂，加快工件在腐蝕大氣中的腐蝕速度等。分布不均勻的殘余應(yīng)力會(huì)對工件尺寸精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生非常不利的影響。通常消除殘余應(yīng)力會(huì)采用自然時(shí)效、熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效等方法。

振動(dòng)時(shí)效在國外被稱為VSR技術(shù)。簡單地說，就是用振動(dòng)的辦法，反復(fù)地對有殘余應(yīng)力的工件加循環(huán)載荷，使工件產(chǎn)生一定的塑性變形，隨之殘余應(yīng)力得到松弛，從而使工件的尺寸穩(wěn)定下來。

振動(dòng)時(shí)效在齒輪箱加工中的應(yīng)用

本次案例中的齒輪箱體是鑄鐵件，外形尺寸為790mm×760mm，厚度為105mm。箱體內(nèi)部是空腔，壁厚為15mm，屬于薄壁件。箱體兩端面為7級精度要求，表面粗糙度值Ra=3.2μm。兩端面是在立式車床上經(jīng)過粗、精車兩道工序加工，加工后經(jīng)過檢驗(yàn)，兩端面的平面度、平行度超差。經(jīng)過分析認(rèn)為，薄壁件在加工過程中易產(chǎn)生塑性變形、熱變形和殘余應(yīng)力變形，而加工殘余應(yīng)力是引起零件在加工中變形的主要原因，因此有必要消除加工殘余應(yīng)力。

振動(dòng)時(shí)效工藝方案設(shè)計(jì)

工藝路線的確定　為了消除齒輪箱體加工殘余應(yīng)力，決定在原工藝路線中增加一道振動(dòng)時(shí)效處理工序。根據(jù)振動(dòng)時(shí)效的技術(shù)要求及安排，應(yīng)在粗加工后、精加工前增加振動(dòng)時(shí)效工序。工藝路線對比如下。原工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→精加工。新工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→振動(dòng)時(shí)效處理→精加工。

裝夾方式　激振器裝夾方式有兩種，一種是直接裝夾方式，直接用弓形鋼把激振器裝夾在工件上，適用于大型、產(chǎn)量少的工件;另一種是輔助工裝裝夾方式，激振器不能直接裝夾在工件上，需要通過時(shí)效平臺對工件進(jìn)行時(shí)效，適用于小型、產(chǎn)量大的工件。鑒于該齒輪箱體屬于小型工件，且產(chǎn)量較大，因此采用輔助工裝裝夾齒輪箱體，進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，振動(dòng)效率高。

然后，選擇激振點(diǎn)位置，工件的定位壓緊等操作。準(zhǔn)備好后，通電進(jìn)入主程序—選擇對應(yīng)激振器型號—時(shí)效方式—頻譜諧波—運(yùn)行—進(jìn)行頻譜分析，自動(dòng)選出對工件處理效果*佳的七個(gè)諧波峰，從中選擇五種振形處理。

時(shí)效后效果驗(yàn)證

時(shí)效后的結(jié)果依據(jù)GB/T25712-2010振動(dòng)時(shí)效效果評定方法進(jìn)行判定，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可判定為達(dá)到振動(dòng)時(shí)效工藝效果：

①振幅-時(shí)間(a-t)曲線上升后變平。

②振幅-頻率(a-f)曲線振后比振前的峰值升高、峰值點(diǎn)左移。

經(jīng)試驗(yàn)，得出振幅-時(shí)間(a-t)曲線如圖1所示。

圖1 振幅-時(shí)間(a-t)曲線

時(shí)效后效果顯示，曲線先上升后變平，加速度基本維持在12.1g左右；a-f曲線評價(jià)，振后峰值比振前峰值升高且峰值點(diǎn)左移。試驗(yàn)結(jié)果符合GB/T25712-2010振動(dòng)時(shí)效效果評定方法中規(guī)定的判定條件，因此判定振動(dòng)時(shí)效可達(dá)到工藝要求的效果。

結(jié)語

采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除薄壁件加工中存在的殘余應(yīng)力，最終使齒輪箱兩端平面的平面度、平行度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說明振動(dòng)時(shí)效工藝對消除加工殘余應(yīng)力十分有效。