振動(dòng)時(shí)效工藝在鐵路客運(yùn)工程中的應(yīng)用

某新建鐵路客運(yùn)專線基礎(chǔ)工程采用新式crtsi型板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)。在模具工裝焊接制作過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的殘余應(yīng)力，容易使模具產(chǎn)生變形及開(kāi)裂。因此焊接之后，機(jī)械加工之前，應(yīng)及時(shí)對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行時(shí)效處理，消除和均化其內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力，防止平臺(tái)在后期機(jī)械加工乃至使用過(guò)程中產(chǎn)生變形和開(kāi)裂，確保工裝尺寸精度。此次采用振動(dòng)時(shí)效工藝消除模具工裝殘余應(yīng)力，根據(jù)振動(dòng)參數(shù)曲線法判斷振動(dòng)時(shí)效效果。
振動(dòng)時(shí)效工作原理
振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)附加動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或**過(guò)材料的屈服較**，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。
振動(dòng)時(shí)效設(shè)備選型
針對(duì)模具工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、規(guī)格尺寸、重量、形狀等參數(shù)，決定購(gòu)買聚航科技的jh-700a2振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，較大激振力為35kn；調(diào)速范圍1000-12000r/min；可處理工件重量較大30t；加速度測(cè)量范圍：0-199.9m/s2。主機(jī)彩色液晶屏顯示a-n、a-t曲線及參數(shù)變化，設(shè)備具有動(dòng)態(tài)跟蹤功能，振動(dòng)時(shí)效處理完畢后，打印在線數(shù)據(jù)及曲線，自動(dòng)判別出具評(píng)定報(bào)告。
振動(dòng)時(shí)效處理工藝
處理工件結(jié)構(gòu)
無(wú)砟軌道模具工裝主要由1件工作平臺(tái)和9件橫梁架通過(guò)螺栓連接組成，重量約計(jì)8435kg，其中工作平臺(tái)重量為4558kg。工作平臺(tái)三維實(shí)際尺寸為5017mm*2389mm*530mm，材質(zhì)為q235，整體呈矩形框架方塊焊接結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)部橫、縱、對(duì)角斜撐筋板之間具有表面拉伸殘余應(yīng)力。
振型、支撐、裝夾位置確定
首先，分析預(yù)測(cè)工作平臺(tái)可能出現(xiàn)的振型。工作平臺(tái)在振動(dòng)時(shí)效時(shí)是一個(gè)振動(dòng)體，它與其支撐用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行自由振動(dòng)時(shí)，根據(jù)振動(dòng)學(xué)原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度和阻尼有關(guān)。
工作平臺(tái)的固有頻率可通過(guò)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備來(lái)測(cè)定。彈性橡膠墊支撐位置和激振器裝夾位置總的原則是：支撐墊應(yīng)放在工作平臺(tái)可能出現(xiàn)振型的波節(jié)處，激振器應(yīng)放在工作平臺(tái)振型的波峰處，用夾具與工作平臺(tái)剛性的卡在一起；加速度計(jì)應(yīng)放在遠(yuǎn)離激振器的另一個(gè)波峰處。該工作平臺(tái)下地面四角為振型波峰位置，而下底面四邊中點(diǎn)位置就是振型波節(jié)點(diǎn)。所以在工作平臺(tái)下底面四外邊中點(diǎn)處放置橡膠墊，確保工作平臺(tái)的支撐平穩(wěn)、安全，另將激振器與傳感器分別放置于上平面相鄰較遠(yuǎn)的對(duì)角處。
激振器偏心距確定
激振器偏心距的選擇，應(yīng)由小到大調(diào)整激振器頭部偏心輪角度，使工作平臺(tái)在較大工作轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生共振。經(jīng)不斷調(diào)整，最后將偏心輪角度設(shè)定在13°，振前掃描加速度值達(dá)到94.0m/s2，此時(shí)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備測(cè)定工作平臺(tái)固有共振頻率為3885r/min，即64.8hz。
振動(dòng)時(shí)效時(shí)間確定
數(shù)據(jù)表明，振動(dòng)消除殘余應(yīng)力大部分是在前5min內(nèi)完成的，5min之后的處理效果就不明顯。為此，一般按表1選擇振動(dòng)處理時(shí)間。
工件重量（t）
＜1
1-3
3-6
6-10
10-50
＞50
振動(dòng)時(shí)間（min）
8
15
15
20
25
30-40
考慮本工裝平臺(tái)剛度較大，振動(dòng)不是很激烈，在主振操作時(shí)，延長(zhǎng)5min的振動(dòng)時(shí)間，即設(shè)定主振時(shí)間20min。
參數(shù)曲線觀測(cè)法
振后掃描并打印數(shù)據(jù)；加速度峰值達(dá)到130.240m/s2，共振頻率降至3855r/min，即64.2hz，加速度峰值升高130.24-94.0=+36.24m/s2。在振前、振后掃描（a-n）曲線對(duì)比圖中，得知加速度峰值左移3855-3885=-30r/min。在時(shí)效過(guò)程（a-t）曲線圖中，得知加速度值隨時(shí)間前8min緩慢從52m/s2上升至94m/s2，后猛跌至40m/s2，而后曲線平緩，數(shù)值不再變化。根據(jù)gb/t25713-2010標(biāo)準(zhǔn)得出振動(dòng)時(shí)效效果良好。
振動(dòng)時(shí)效不僅消除殘余應(yīng)力的效果好于熱時(shí)效，而且操作方便、工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保。并且在提高金屬結(jié)構(gòu)尺寸精度穩(wěn)定性方面具有明顯的效果。
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