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振动时效技术在大型曲轴加工中的应用
2013-1-6  来源:  作者:淄博柴油机厂,李冬梅, 刘汉华

      1 引 言

 

      振动时效技术主要是利用共振消除和均化金属构件内部残余应力, 起到增强构件抗变形能力, 稳定尺寸精度, 从而提高机械制造水平的良好作用。与热时效相比, 这一技术的优势是:

 

      降低峰值应力30% ~ 50%; 提高抗动载变形能力1~ 3, 抗静载变形能力30% 以上; 提高尺寸精度稳定性30% 以上; 节约时效成本90%以上;节能95% 以上; 处理时间通常为半小时, 提高效率几十倍; 无环境污染。

 

      该技术在很大程度上可替代传统的热时效和自然时效工艺。对于大型铸、锻、焊、模具件的应力消除效果尤其明显。曾列入/六五0/七五0 重点攻关及/八五0 重点推广项目, 在机械制造业得到不同程度的应用。国家经贸委从1999年起在全国进行振动时效技术的推广, 2000年将满足工厂使用要求的振动时效设备列为国家级重点技术创新项目。本文不再对/ 振动时效0 的原理进行阐述,仅针对其在大型曲轴加工中, 对减小加工变形的作用进行叙述。

 

      2 传统时效工艺给曲轴加工带来的问

 

      淄柴是专业生产船舶动力的企业, 产品有170210250300N330五大系列三百多个品种。曲轴作为柴油机上的关键零部件, 其加工质量一直是影响产品质量的主要因素之一。由于生产节拍的加快曲轴自然时效的时间得不到保证, 原来可以通过长期的自然时效来消除的应力集中问题, 已经无法解决。时效工艺不合理造成的曲轴加工问题, 有以下两点(8300系列柴油机曲轴为例分析):

 

      ( 1) 毛坯经热时效后, 留有的热应力未得到良好的释放, 在加工过程中与加工应力叠加, 造成加工过程中应力集中释放, 使加工变形增大。行程技术要求: S = 0110mm ( S 公称尺寸), 实际测量: S =0160mm; 轴线弯曲技术要求: 轴线直线度[ 0102mm /100mm, 实际测量: 轴线直线度[ 0108mm /100mm

 

      ( 2) 由于应力过大, 曲轴表面金相组织不符合要求, 使加工后的曲轴表面质量下降。表面硬度技术要求: HB190~ HB230, 实际测量: HB170~ HB210;

 

 

      鉴于自然时效的周期过长, 热时效的效果又不甚理想的状况, 根据厂多年的振动时效经验, 决定在曲轴上进行振动时效试验, 试验选用8300系列柴油机曲轴。(以下简称试验工件)

 

      3 振动时效工艺参数的确定及工艺过程

 

      ( 1) 试验曲轴的相关参数见表1

 

 

      ( 2) 激振力及激振转速的选择根据经验, 确定激振力为20 kg, 激振转速5400 r/m in

 

      ( 3) 振动时效工艺过程首先确定振动时效工序位置。由于精加工前消除应力的需要, 所以, 这一工序在原精车与磨削之间进行。然后确定工序留量。由于产生质量问题的主要工序是磨工序, 但精车工序的预留加工量的大小, 最直接影响磨削加工中应力的释放。所以, 为了减小试验工件变形量, 并能较清晰地观察轴颈表面的加工质量的变化, 就要确定合理的工序留量。根据加工实际状况, 初步确定精车→磨削留量为1mm115mm两种方案(原工序留量为2mm )

 

      ( 4) 确定振动时效的时间参照其他零部件的振动时效时间, 确定振动时间为30m in

 

      ( 5) 确定振动时效后试验工件的磨削主要参数磨床主轴转速为60 r /m in, 磨削进给量为0115mm / r

 

      ( 6) 确定试验中的检测参数(参见试验结果)

 

      4 试验结果

 

      ( 1) 未经振动时效的试验工件磨削前后的检测参数对比见表2

 

 

      ( 2) 经振动时效后试验工件磨削前后的检测参数对比见表3

 

      

       5 试验结论

 

      由试验结果可得以下结论:

 

      ( 1) 经振动时效处理后, 试验工件再经过磨削工序, 加工应力释放得非常平稳, 工件变形明显减小。虽然振动时效并不能完全消除应力给曲轴加工带来的影响, 但对于减小曲轴的加工变形, 作用非常明显。

 

      ( 2) 影响曲轴加工中由应力导致变形的因素

 

      是多方面的, 各因素的影响程度也各不相同。振动时效对加工应力的消除, 某种程度上需要各项工艺参数之间的合理选配。例如, 本次试验虽然反复多次进行, 但因激振力及激振转速的选择需要长时间的经验积累, 导致试验数据过于单一; 另外, 因为8300曲轴各曲柄轴颈以90b为夹角圆周分布, 有利于工件支撑, 重心较稳。所以, 以其作为试验工件, 试验数据难免片面。

 

      但是, 振动时效做为一种工艺手段, 在曲轴这种较为复杂的零部件上推广应用, 值得深入研究。

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