1 引 言
振動(dòng)時(shí)效技術(shù)主要是利用共振消除和均化金屬構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力, 起到增強(qiáng)構(gòu)件抗變形能力, 穩(wěn)定尺寸精度, 從而提高機(jī)械制造水平的良好作用。與熱時(shí)效相比, 這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是:降低峰值應(yīng)力30% ~ 50%; 提高抗動(dòng)載變形能力1~ 3倍, 抗靜載變形能力30% 以上; 提高尺寸精度穩(wěn)定性30% 以上; 節(jié)約時(shí)效成本90%以上;節(jié)能95% 以上; 處理時(shí)間通常為半小時(shí), 提高效率幾十倍; 無環(huán)境污染。
該技術(shù)在很大程度上可替代傳統(tǒng)的熱時(shí)效和自然時(shí)效工藝。對(duì)于大型鑄、鍛、焊、模具件的應(yīng)力消除效果尤其明顯。曾列入/六五0、/七五0 重點(diǎn)攻關(guān)及/八五0 重點(diǎn)推廣項(xiàng)目, 在機(jī)械制造業(yè)得到不同程度的應(yīng)用。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委從1999年起在全國(guó)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣, 在2000年將滿足工廠使用要求的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備列為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。
本文不再對(duì)/ 振動(dòng)時(shí)效0 的原理進(jìn)行闡述,僅針對(duì)其在大型曲軸加工中, 對(duì)減小加工變形的作用進(jìn)行敘述。
2 傳統(tǒng)時(shí)效工藝給曲軸加工帶來的問題
淄柴是專業(yè)生產(chǎn)船舶動(dòng)力的企業(yè), 產(chǎn)品有170、210、250、300、N330五大系列三百多個(gè)品種。曲軸作為柴油機(jī)上的關(guān)鍵零部件, 其加工質(zhì)量一直是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素之一。由于生產(chǎn)節(jié)拍的加快,曲軸自然時(shí)效的時(shí)間得不到保證, 原來可以通過長(zhǎng)期的自然時(shí)效來消除的應(yīng)力集中問題, 已經(jīng)無法解決。時(shí)效工藝不合理造成的曲軸加工問題, 有以下兩點(diǎn)(以8300系列柴油機(jī)曲軸為例分析):
(1) 毛坯經(jīng)熱時(shí)效后, 留有的熱應(yīng)力未得到良好的釋放, 在加工過程中與加工應(yīng)力疊加, 造成加工過程中應(yīng)力集中釋放, 使加工變形增大。
行程技術(shù)要求：S
0.10mm(S公稱尺寸), 實(shí)際測(cè)量: S
0.60mm; 軸線彎曲技術(shù)要求: 軸線直線度
0.02mm /100mm, 實(shí)際測(cè)量: 軸線直線度
0.08mm /100mm。
(2) 由于應(yīng)力過大, 曲軸表面金相組織不符合要求, 使加工后的曲軸表面質(zhì)量下降。
表面硬度技術(shù)要求: HB190~ HB230, 實(shí)際測(cè)量: HB170~ HB210;
鑒于自然時(shí)效的周期過長(zhǎng), 熱時(shí)效的效果又不甚理想的狀況, 根據(jù)廠多年的振動(dòng)時(shí)效經(jīng)驗(yàn), 決定在曲軸上進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn), 試驗(yàn)選用8300系列柴油機(jī)曲軸。(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)工件)。
3 振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)的確定及工藝過程
(1) 試驗(yàn)曲軸的相關(guān)參數(shù)見表1。
(2) 激振力及激振轉(zhuǎn)速的選擇
根據(jù)經(jīng)驗(yàn), 確定激振力為20 kg, 激振轉(zhuǎn)速5400 r/m in。
(3) 振動(dòng)時(shí)效工藝過程
首先確定振動(dòng)時(shí)效工序位置。由于精加工前消除應(yīng)力的需要, 所以, 這一工序在原精車與磨削之間進(jìn)行。然后確定工序留量。由于產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要工序是磨工序, 但精車工序的預(yù)留加工量的大小, 最直接影響磨削加工中應(yīng)力的釋放。所以, 為了減小試驗(yàn)工件變形量, 并能較清晰地觀察軸頸表面的加工質(zhì)量的變化, 就要確定合理的工序留量。根據(jù)加工實(shí)際狀況, 初步確定精車→磨削留量為1mm、1.5mm兩種方案(原工序留量為2mm )。
(4) 確定振動(dòng)時(shí)效的時(shí)間
參照其他零部件的振動(dòng)時(shí)效時(shí)間, 確定振動(dòng)時(shí)間為30m in。
(5) 確定振動(dòng)時(shí)效后試驗(yàn)工件的磨削主要參數(shù)
磨床主軸轉(zhuǎn)速為60r/min, 磨削進(jìn)給量為0115mm/r。
(6) 確定試驗(yàn)中的檢測(cè)參數(shù)(參見試驗(yàn)結(jié)果)。
4 試驗(yàn)結(jié)果
(1) 未經(jīng)振動(dòng)時(shí)效的試驗(yàn)工件磨削前后的檢測(cè)參數(shù)對(duì)比見表2。
(2) 經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后試驗(yàn)工件磨削前后的檢測(cè)參數(shù)對(duì)比見表3。
5 試驗(yàn)結(jié)論
由試驗(yàn)結(jié)果可得以下結(jié)論:
(1) 經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理后, 試驗(yàn)工件再經(jīng)過磨削工序, 加工應(yīng)力釋放得非常平穩(wěn), 工件變形明顯減小。雖然振動(dòng)時(shí)效并不能完全消除應(yīng)力給曲軸加工帶來的影響, 但對(duì)于減小曲軸的加工變形, 作用非常明顯。
(2) 影響曲軸加工中由應(yīng)力導(dǎo)致變形的因素是多方面的, 各因素的影響程度也各不相同。振動(dòng)時(shí)效對(duì)加工應(yīng)力的消除, 某種程度上需要各項(xiàng)工藝參數(shù)之間的合理選配。例如, 本次試驗(yàn)雖然反復(fù)多次進(jìn)行, 但因激振力及激振轉(zhuǎn)速的選擇需要長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累, 導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)過于單一; 另外, 因?yàn)?span>8300曲軸各曲柄軸頸以90b為夾角圓周分布, 有利于工件支撐, 重心較穩(wěn)。所以, 以其作為試驗(yàn)工件, 試驗(yàn)數(shù)據(jù)難免片面。
但是, 振動(dòng)時(shí)效做為一種工藝手段, 在曲軸這種較為復(fù)雜的零部件上推廣應(yīng)用, 值得深入研究。
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