金属工件经过铸造、锻造、焊接、机械加工等过程后,其内部都会由于加工过程中受热不均和冷却不一致导致其内应力产生。当这种应力比较大而且分布不均匀时,就会随着时间的推移使工件或者结构发生变形甚至断裂,或者使原本加工精度很高的工件精度随时间而改变。因此,在很多情况下,都需要进行消除应力。
消除应力有如下一些方法:
1自然时效:这种时效方式是把加工后的工件或结构放在自然环境中,经过一段时间后应力就松弛了。这种方法简单,但是,生产效率低,因为需要很长时间。
2热处理消除应力:这种方式是把工件或结构放进加热炉中,加热到一定温度,快速消除应力。这种方法比自然时效快,但是需要炉子、需要热能,甚至如果工件比较大的话,还需要吊装设备等辅助设施。成本高,需要的条件高,消耗能源多。
3本文介绍的方法——振动时效:振动时效工艺是通过给加工后的工件或结构按照某种形式施加一定的振动,这个振动所产生的动应力与材料中原有的内应力叠加,当超出材料的屈服极限时就会产生局部塑性变形而使应力松弛(消除应力),这样材料内部内应力大的地方应力降低了,应力分布也均匀了,材料就不容易产生变形了,也不会断裂了。与热时效去除应力相比,振动时效效率更高,能源利用率也更高。而且,一些大工件,用加热时效的方法成本太高,甚至难以实现。
图1大件工件的振动时效现场振动时效也不是什么都好,振动时效对于编制工艺的技术人员和振动时效的专家系统的要求高。因为是用振动产生动应力与工件或结构中的内应力相互作用,所以,这就要求技术人员必须对工件有一个分析判断,然后选择合适的振动设备和振动工艺。这个需要技术人员具备金属材料和振动技术两方面的知识和技能。振动工艺参数涉及的方面也多。首先要考虑施振频率和被振工件或结构产生共振,因为只有产生共振,才能有高的振动能量产生。再有,要根据工件的几何形状特点(薄的厚的?长条形还是方形圆形?简单形状还是复杂形状?)设计振型。振型分为弯曲、扭曲、扭转、钟振型、鼓振型等。还要通过试验验证工艺设计的效果并进行适当调整,设计时效曲线。
虽说技术要求高,但是,一批产品开始摸索出合适的工艺后,后面就可以高效进行应力消除工作了。
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