φ660开炼机减速箱壳体

振动时效处理工艺及效果检测

大连冰山橡塑集团是我国生产橡塑机械的企业之一，每年都有大量的铸件和焊接构件需要经时效处理来应力。过去均采用热时效处理，近十年来，由于产量的增加，热时效处理跟不上生产的需要，又增加了振动时效处理，保证了生产。由于企业的发展及产品产量的大幅增加，也是由于希望通过工艺的改进而节省大量能源，故提出在大型焊接构件和大型铸件上均采用振动时效代替热时效。为观测振动时效的效果和优化原有振动时效工艺规程，厂方提出在选购振动时效设备的同时，对φ660开炼机减速箱壳体（上、中、下三件）做振动时效工艺的优化，并通过应力检测，确定时效的效果和对振动时效设备可靠性的考验。

经过双方的共同努力，做了多次的减速箱壳体类及大型焊接底座的振动时效处理试验，证明了设备的适用性及振动时效在这些构件上应用的可行性。***后又通过对φ660开炼机减速机箱体（上、中、下三件）的正式处理及振动处理前后的残余应力检测，说明了振动时效在内应力上达到了国家（JB/T5926.91）标准，工艺可行，设备性能可靠适用。

一、φ660开炼机减速箱壳体振动时效处理

1、振动时效处理对金属构件的作用

振动时效是对具有残余应力的金属构件进行振动处理，使构件在共振频率下振动。由于在共振状态下构件按一定的振型产生弹性变形，当这个动应力与构件上各点的残余应力相叠加后，大于材料的屈服极限时，则在该点出现局部的塑性变形，因而应力得到释放。振动时效从原理上来说，就是降低构件内的残余应力。应力降低的水平与构件内的动应力大小有关，动应力大则效果高，动应力小则应力的效果低。

振动时效既然可以降低应力，则必然可以残余应力对构件的影响。其作用有如下几方面：

（1）降低和均化应力，应力集中，防止裂纹

因为振动过程中残余应力大的点首先进入屈服，所以高应力点下降的比例大，使应力均化程度高，从而降低应力集中而防止裂纹。

（2）减少或防止构件变形

构件的变形是由于残余应力特点而造成的，残余应力的分布和量值具有很大的随机性，分布不均且量值差别太大，容易产生变化，通过振动时效使应力降低和均化，必然防止或减少变形。

（3）提高焊接构件的疲劳寿命，增加使用周期。

通过大量的实验和实践证明，振动时效可提高焊件的疲劳寿命50%以上，可提高使用寿命0.5~1倍。

由于振动时效的上述作用，因此在国外得到了较普遍的应用，也得到了我国机械制造业的应用和国家主管部门的重视和认可，并于1991年制定了国家行业标准JB/T5926.91，1998年和2003年又重新进行了修订。1993年曾被国家科委批准为“科技成果重点推广计划”项目，使该项技术在全国普遍推广和应用。振动时效技术在我国已被认为是一项成熟技术，在降低和均化内应力上，振动时效可以代替热时效来处理铸件、焊接件等，具有极大的经济和社会效益。

2、减速箱壳体的振动时效处理

φ660开炼机减速箱壳体是由箱盖、中箱体和下箱体三件组成，其重量分别为1778kg、2508kg和2430kg，均由HT200材料铸造而成。结构型式复杂，厚薄不均，且有多条筋板。由于振动处理前已经初加工，故内应力分布不规律。但三件各自分别为对称结构，因此在应力测试布点只选择构件的一边；在振动处理时，其支撑方式为两边对称各放置2个橡皮垫做四点支撑。附：振动时效处理现场图

对三件箱体试验过程均为振动处理前做残余应力检测、振动时效处理、振后的残余应力检测。

一、箱体的振动时效处理

（1）试振：每种部件均选用2件，其中一件用做正式处理使用，即对该件做振前残余应力检测、振动时效处理及振后的残余应力检测。而另一件做试振用。试振的目的是初选工艺参数：激振与拾振位置、支承方式、构件共振频率及处理频率、激振器偏心等等。本次试验的每种件均通过试振给出了工艺参数，再用这个参数去处理另一件，并检验其效果。在振动时效工艺制定中，试振是一个非常重要的环节。在批量生产的构件制定工艺时，应尽量采用多件试振。本项试验中，每种件都是试振二件以上。

（2）箱体的正式处理

根据试振的如下表参数对各件进行正式处理。表一 箱体部件VSR处理参数

（3）处理曲线分析

图1~4为各件处理时的监测曲线。从曲线上不难看出经过振动时效处理，各种件均发生了固有频率下降、振幅升高等现象，说明振动时效发生了作用，即内应力降低和均化。

表二 部件振动参数的变化

二、减速箱壳体振动时效处理效果检测

振动时效处理效果一般均用振前、振后残余应力变化率来衡量其是否合格。本项试验对三种部件都做了振前、振后的残余应力检测，其应力率均达到国家标准。

测试方法采用通用的盲孔法，贴片位置见附图1~3，每个部件在振前、振后均测5点。测试结果见表三~表五。

表三 （箱盖）VSR前后残余应力测试数据 单位：MPa

表四 （下箱体）VSR前后残余应力测试数据 单位：MPa