專利名稱:用機械振動降低金屬工件殘余應力穩定尺寸精度的方法
本發明屬于金屬制造業中工件時效處理的一種方法，以采用機械振動降低工件殘余應力，穩定尺寸精度為目的。
在金屬制造業中，所生產的工件，由于熱加工(鍛造、焊接、鑄造、熱處理)和機械加工，使工件內部產生了殘余應力。工件有殘余應力會有很多害處，如工件投入使用后，由于殘余應力的逐步釋放，會產生變形，影響尺寸精度，對于高精度設備至關重要，另外，由于有殘余應力，尤其是拉應力，會降低工件的抗拉強度和疲勞強度。其三還會引起應力腐蝕以及脆性破壞等。
因此，降低工件的殘余應力是金屬制造業中的一項重要工作。
公知的自然時效法是利用晝一夜溫差使工件經受長期的膨脹與收縮來降低工件殘余應力，保證尺寸精度，由于處理時間長達一年以上，所以很少有人應用。
熱時效是普遍應用的公知技術，它是把工件加熱到550～650℃，經過保溫后，隨爐冷卻，在高溫時，使殘余應力高于因為溫度升高而降低了的屈服極限，產生了塑性流動，冷卻后屈服極限得到了恢復，而殘余應力卻降低了。另外由于高溫時的二次結晶及熱應力作用，使金屬晶格處于穩定位置，也使應力得到降低。但是，熱時效使工件強度降低，消耗大量熱能，工件產生氧化皮，增加了除銹工序，對超長大件進行熱處理變得困難。
用外加干擾力使工件產生振動，當加給工件的動應力與殘余應力疊加大于材料的屈服極限時，產生塑性流動以降低殘余應力，同時由于動應力的推動，晶格產生位錯滑移，使位錯了的晶格處于穩定狀態以達到降低殘余應力的目的。
美國專利4381673(83年5月)的說明書介紹了用振動降低工件殘余應力的方法;這種方法是通過控制箱來控制裝夾在用減振墊支承的工件上的振動器，在振動器的頻率范圍內進行振動掃描，并通過圖線記錄儀記錄工件的加速度，功率與頻率的關系曲線，找出幾個峰值，然后分別在各個峰值處振動工件，加速度在增加，十五分鐘內完成一個峰值的振動。最后做第二次掃描，若兩次掃描的加速度曲線有變化，說明工件已處理好。但這種公知的方法有如下缺點或者使工件處理不徹底，或者把工件振壞。因為該發明所指的反映振動載荷的參數是裝在工件某一部位上的加速度傳感器的加速度值，該振動的工件在各個部位的加速度值是不同的，而在該發明的圖線記錄儀經過隨意放大或縮小了的加速度曲線只能反映振動的趨勢，并不能真正反映外加動載荷的大小。另外，振動器的振動力大小完全是憑經驗來調定，因此出現兩種傾向，一種傾向是振動器的振動力過小，雖然在振動時也出現加速度的一點增加，由于加速度增加得緩慢，往往被操作者誤認為在規定的十五分鐘內達到了要求，這就使工件達不到降低殘余應力的目的。另一種傾向是振動器的振動力過大，使加速度變化很快，甚至在一分鐘內就完成了降低應力的目的，以后的振動有可能使工件產生大載荷的疲勞裂紋，甚至把工件振壞。
本發明的任務是提供一種振動降低殘余應力的方法，克服上述方法的缺點，以使工件的殘余應力得到真正的降低，保證工件尺寸的穩定性。
本發明的一個特點是在對工件進行振動處理或掃描時，始終用一種儀器，可以用貼在工件上的一個到三個應變片和動態應變儀及光電示波器監視工件所接受的動應力數值，經過多次試驗得出對于鋼和它的焊接件動應力為3-7kg/mm2，鑄鐵件為1-3kg/mm2，如果動應力值超過上限，容易使工件出現微裂紋，甚至振壞。動應力小于下限，雖然在振動過程中也出現加速度值的一點增加，但長時間內不能真正穩定下來，往往被操作者誤認為穩定，這種處理后的工件表現出尺寸精度的保持性很不好。而在本發明所規定的動應力范圍內處理工件都能保證要求。
為了保證動應力在規定的范圍內，可以用調整振動器的振動力的方法，也可以調整它的振動頻率，使工件在共振峰和它的前沿的某一個頻率上振動。因為共振的特性是在共振峰處動應力最大，向工件輸入的能量也最大，越是遠離共振峰，動應力越小。
發明的另一個特點是工件在振動掃描時一般出現一個到兩個主要共振峰，最多不超過三個主要共振峰，因此只要在一個或者兩個或者三個這樣的頻率范圍內振動就可以了，而其他的小共振峰范圍，動應力很小，根本達不到所要求的動應力下限值，因此被認為是振動無效或者效果不大。
圖中顯示了本發明的一個實施例。
圖一、為本發明對一種機車轉向架構架做振動降低殘余應力的實施簡圖。
圖二、為本發明對這種構架的兩次振動掃描的頻率與加速度曲線對比圖。該構架由A3鋼板和ZG25鑄件組焊而成，最大尺寸5900×2700×910，重3.2噸。
圖中所描述的是用四個橡膠墊(2)墊在構架(3)最外面的長拉桿座下面，把經過振動力調正的振動器(1)裝夾在構架(3)一側梁的中間，加速度傳感器(5)裝在離振動器(1)約300mm處的側梁上，振動器(1)和加速度傳感器(5)分別與控制箱(4)相連。與控制箱連接的還有一個圖線記錄儀(9)，用以記錄加速度與頻率的特性曲線，在構架的端部、橫梁和側梁的中部分別貼上應變片(6)，并與動態應變儀(7)以及與之配套的光電示波器(8)相連，接通電源后，操作控制箱(4)開動振動器(1)進行振動掃描，并記錄加速度與頻率曲線(11)，選擇兩個峰值較高的頻率范圍a1b1和a2b2對構架(3)進行振動，取5-6kg/mm2的動應力，因此在粗略調正好振動器的振動力后，在保證動應力為5-6kg/mm2的情況下，使工件在共振峰b1和它的前況a1b1的某一個頻率上振動構架，隨著時間的推移，加速度在增加，直到加速度數值不再增加時，調正振動頻率在另一個振動頻率范圍內以同樣方法振動構架，然后進行第二次振動掃描，得曲線(12)，兩次掃描曲線的差別做為振動時效處理的結果的證據。
權利要求
1.一種用機械振動降低金屬工件殘余應力，穩定尺寸精度的方法是把頻率可調的振動器(1)裝夾在用幾個減振墊(2)支承的工件(3)上，操縱控制箱(4)，驅動振動器(1)，在它的頻率范圍內振動掃描，并用圖線記錄儀(9)記錄工件加速度與頻率的關系曲線(11)，然后分別在幾個共振峰上振動工件，通過控制箱上的儀表反映裝在工件上的加速度傳感器(5)的變化，振動器(1)的功率和振動頻率。使幾個加速度的變化都有所增加。本發明的特征是用貼在工件(3)上的應變片(6)和動態應變儀(7)以及配套的光線示波器(8)監視振動器(1)傳給工件(3)的動應力數值，對鋼和它的焊接件，動應力為3-7kg/mm2；鑄鐵件，動應力為1-3kg/mm2。
2.根據權項1，可用改變振動器(1)的振動力和使工件在共振峰或者它的前沿a1b1，a2b2的某一個頻率上振動來調整動應力。
3.根據權項1和2，可以用一個或者二個，最多不超過三個頻率振動工件，
專利摘要
本發明是用機械振動降低金屬工件的殘余應力使工件尺寸精度得到穩定的一種方法，它是通過振動器向工件施加一定頻率的干擾力使之振動，并控制干擾力在工件中產生的動應力范圍，對鋼和它的焊接件，動應力為3-7kg/mm
文檔編號C21D10/00GK85102185SQ85102185
公開日1986年8月6日 申請日期1985年4月1日
發明者高文成, 鄭偉玲 申請人:鐵道部大連機車車輛工廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan