起重机械制造中振动时效应用研究

2013-10-17何伟

河南科技 2013年17期

何伟

（柳州起重机器有限公司，广西柳州 545616）

残余应力是许多机械产品在铸造、焊接中无法避免的难题，这些残余应力会使机械的工件在生产过程中发生细微的变形,使工件的使用效力和使用寿命受到严重的影响。因此一般在机械制造中会采用自然时效或者人工时效的方法来消除应力。自然时效主要是利用温度随着自然环境的变化而变化，会形成反复温度应力。将制造的工件放在室外接受反复温度应力的作用，可以消除部分残余应力，但这种方法的效率极低。人工时效主要包括热时效和振动时效两种方法。热时效是将处于室温的工件缓慢均匀加热至塑性状态，并保持塑性状态的温度5—8小时可消除应力，此时在降温至150℃可以出炉。但我们在运用热时效的过程中需严格控制温度变化,否则会适得其反，产生新的残余应力和变形。而振动时效技术和其它工艺相比在机械制造中更加实用，接下来我们就对振动时效在起重机械制造中的运用进行探讨。

1 振动时效原理的概述

振动时效工艺(Vibratory Stress Relief)，它是采用振动的方法以均化机械制造过程中的残余应力，并能够达到和热时效一样的效果。它的具体实施过程是将铸件、和焊接的工件，在其原来的固有振动频率下再进行数十分钟的振动处理，给工件施加附加应力。当振动效应产生的附加应力与工件制作过程中的残余应力叠加，工件发生宏观变型，从而达到降低工件内的残余应力的作用。和自然时效相比，振动时效的效率更高，消除残余应力的效果要好。而和热时效相比，他不需要消耗太多的能源，对设备的投资较小，同时还具有节能环保的优点，同等消除残余应力的效果比较稳定，而且在性能指标上也有一定的突破。因此在我国的机械制造工业中，振动时效得到了普遍的运用[1]。

2 起重机械的特点

目前,在我国使用的起重机的机械结构件大部分都是焊接件，对于焊接件的起重机械结构件来讲,大部分的结构件都存在着残余的焊接应力。如果没有对焊接残余应力进行及时的消除,在产品的组装与使用中,会造成不利的影响。其中,在机械使用一段时间之后,焊接应力会得到一定的消除,这就会降低起重机械的翘度值和主梁拱度。国家有关部门则规定,如果起重机的翘度值和主梁拱度降到一定的数值之后,就不能继续使用。

起重机械通常都要承受数吨甚至数十吨的外力，同时在机械的主要受力部分上产生较大的内力，都会使钢构件会产生很大的变形，在构件的连接处会出现应力集中现象，使它很容易发生破坏。我国的大部分起重机械都是由钢材焊接而成，只有极少数构件使用铆接[2]。在焊接过程中，温度的变化使焊接金属收缩，这种收缩变形将会在连接处引起很大的残余应力。这些残余应力在虽能抵消一部分内力，但在有些情况下，残余应力与连接传递的应力进行叠加，很易使应力超过金属的强度而发生破坏。另外，起重机械承受的是动载，在动载作用下，金属受到循环应力的作用发生金属疲劳现象，使强度降低。而对于焊接处，这种作用更加明显，因而更易破坏。因此，加强焊接强度是防止起重机械结构破坏的重点，而消除残余应力是加强焊接件强度的重要手段。

3 振动时效工艺在起重机械制造中的应用

在起重机械的实际制造工业中，我们要对主梁进行焊接,应力会集中在主梁上。如果在铸造主梁的过程中我们不能够消除附在主梁上的残余应力，会导致主梁发生变形和扭曲，不能够制造出合格的起重机械。而又由于主梁的长度很长，没有适合尺寸的炉窑，所以我们不能够将它放置到炉窑中进行热时效的处理，也不可能将它放到室外接收自然时效的长时间处理，因此在运用上来说，对于起重机械来说采用振动时效处理是最佳的选择。现在我们工厂用于起重机械制造的振动时效工艺主要是采用VAFA系列的系统装置。它是一款使用高速微型计算机作为主要构件，并采用“模块组合式”结构作为主要硬件的振动时效设备。我们在进行共振的峰值的处理方面,可以通过使用高速微型计算机控制软件，从而对振动时效处理工艺达到装置的全自动化共振峰值处理，还可以配合与它进行连接的打印机直接将振动过程中的峰值变化曲线和具体的数据打印出来，不仅节省了人力，提高了工作效率，同时也保证了精确度[3]。