[其他]用机械振动降低金属工件残余应力稳定尺寸精度的方法

说明书

本发明属于金属制造业中工件时效处理的一种方法，以采用机械振动降低工件残余应力，稳定尺寸精度为目的。

在金属制造业中，所生产的工件，由于热加工（锻造、焊接、铸造、热处理）和机械加工，使工件内部产生了残余应力。工件有残余应力会有很多害处，如工件投入使用后，由于残余应力的逐步释放，会产生变形，影响尺寸精度，对于高精度设备至关重要，另外，由于有残余应力，尤其是拉应力，会降低工件的抗拉强度和疲劳强度。其三还会引起应力腐蚀以及脆性破坏等。

因此，降低工件的残余应力是金属制造业中的一项重要工作。

公知的自然时效法是利用昼一夜温差使工件经受长期的膨胀与收缩来降低工件残余应力，保证尺寸精度，由于处理时间长达一年以上，所以很少有人应用。

热时效是普遍应用的公知技术，它是把工件加热到550～650℃，经过保温后，随炉冷却，在高温时，使残余应力高于因为温度升高而降低了的屈服极限，产生了塑性流动，冷却后屈服极限得到了恢复，而残余应力却降低了。另外由于高温时的二次结晶及热应力作用，使金属晶格处于稳定位置，也使应力得到降低。但是，热时效使工件强度降低，消耗大量热能，工件产生氧化皮，增加了除锈工序，对超长大件进行热处理变得困难。

用外加干扰力使工件产生振动，当加给工件的动应力与残余应力叠加大于材料的屈服极限时，产生塑性流动以降低残余应力，同时由于动应力的推动，晶格产生位错滑移，使位错了的晶格处于稳定状态以达到降低残余应力的目的。

美国专利4381673（83年5月）的说明书介绍了用振动降低工件残余应力的方法;这种方法是通过控制箱来控制装夹在用减振垫支承的工件上的振动器，在振动器的频率范围内进行振动扫描，并通过图线记录仪记录工件的加速度，功率与频率的关系曲线，找出几个峰值，然后分别在各个峰值处振动工件，加速度在增加，十五分钟内完成一个峰值的振动。最后做第二次扫描，若两次扫描的加速度曲线有变化，说明工件已处理好。但这种公知的方法有如下缺点：

或者使工件处理不彻底，或者把工件振坏。因为该发明所指的反映振动载荷的参数是装在工件某一部位上的加速度传感器的加速度值，该振动的工件在各个部位的加速度值是不同的，而在该发明的图线记录仪经过随意放大或缩小了的加速度曲线只能反映振动的趋势，并不能真正反映外加动载荷的大小。另外，振动器的振动力大小完全是凭经验来调定，因此出现两种倾向，一种倾向是振动器的振动力过小，虽然在振动时也出现加速度的一点增加，由于加速度增加得缓慢，往往被操作者误认为在规定的十五分钟内达到了要求，这就使工件达不到降低残余应力的目的。另一种倾向是振动器的振动力过大，使加速度变化很快，甚至在一分钟内就完成了降低应力的目的，以后的振动有可能使工件产生大载荷的疲劳裂纹，甚至把工件振坏。

本发明的任务是提供一种振动降低残余应力的方法，克服上述方法的缺点，以使工件的残余应力得到真正的降低，保证工件尺寸的稳定性。

本发明的一个特点是：在对工件进行振动处理或扫描时，始终用一种仪器，可以用贴在工件上的一个到三个应变片和动态应变仪及光电示波器监视工件所接受的动应力数值，经过多次试验得出：对于钢和它的焊接件动应力为3-7kg/mm²，铸铁件为1-3kg/mm²，如果动应力值超过上限，容易使工件出现微裂纹，甚至振坏。动应力小于下限，虽然在振动过程中也出现加速度值的一点增加，但长时间内不能真正稳定下来，往往被操作者误认为稳定，这种处理后的工件表现出尺寸精度的保持性很不好。而在本发明所规定的动应力范围内处理工件都能保证要求。

为了保证动应力在规定的范围内，可以用调整振动器的振动力的方法，也可以调整它的振动频率，使工件在共振峰和它的前沿的某一个频率上振动。因为共振的特性是在共振峰处动应力最大，向工件输入的能量也最大，越是远离共振峰，动应力越小。

发明的另一个特点是：工件在振动扫描时一般出现一个到两个主要共振峰，最多不超过三个主要共振峰，因此只要在一个或者两个或者三个这样的频率范围内振动就可以了，而其他的小共振峰范围，动应力很小，根本达不到所要求的动应力下限值，因此被认为是振动无效或者效果不大。

图中显示了本发明的一个实施例。

图一、为本发明对一种机车转向架构架做振动降低残余应力的实施简图。