盤類鑄件振動時效工藝研究

2020年11月18日 10:44:19人氣：5153來源：南京聚航科技有限公司

　　工件形狀不同，其振動時效工藝參數也不同。聚航科技以盤類鑄件為試驗對象，根據試件振動時效工藝參數與其結構振動模態和試件殘余應力分布情況等關系進行理論分析和試驗研究，提出合理有效地振動時效工藝參數優化方法，促進振動時效技術的推廣應用。

　　振動形態的測試分析

　　利用實驗模態分析技術可以準確、方便的測得構件的固有振動形態，我們使用MODAL4.1試驗模態分析系統對3種典型盤類鑄件進行模態分析實驗，得到盤類零件的振動形態。其中c、d兩個振型半徑方向具有均勻分布的彎曲振動變形，類似于鼓型，我們稱之為鼓型振型。而另兩個a、b振型沿圓周方向具有均勻分布的彎曲振動變形，類似于馬鞍形，故稱其為鞍型振型。

　　振動形態的選擇

　　測試圓盤形鑄件由于功能和強度設計要求，圓盤表面有加強筋，這些加強筋使得鑄件結構形狀尺寸發生突變，必然造成殘余應力在這些位置的集中，根據彈性力學理論可知，該鑄件殘余應力在半徑方向σ較大，而周向應力σ較小，在進行振動時效工藝時，應該主要消除半徑方向的殘余應力。

　　上述所講的盤類鑄件的固有振動形態中a、c兩種振型主要在軸向發生振動變形，則主要產生周向動應力，而b、d兩種模態振型主要在半徑方向發生振動變形，產生徑向動應力，依據鼓型和鞍型兩類振型，其振動時效方法可以定位為兩類；①鼓型振動，將激振器夾持在圓盤中心孔的邊緣，彈性支撐在圓周上的3個節點處，整個系統與敲擊鼓面的振動方式相類似，其振動形態可以選擇b、d模態振型；②鞍型振動，將激振器夾持在圓盤中心孔邊緣或圓周的邊緣，彈性支撐仍然在底面圓周上的3個節點處整個系統作馬鞍形彎曲振動，其對應的振動形態為a、c模態振型。

　　對于測試圓盤鑄件，應選擇鼓型振動時效方式，以在徑向產生較大的動應力，使半徑方向的殘余應力得到有效地消除和均化。

　　振動時效工藝參數確定

　　激振頻率

　　激振頻率的選擇是產生共振的關鍵，由于低階振型容易激發，各部位振動變形均勻且幅值較大，加之國產的振動時效設備大多采用偏心式激勵結構，激勵頻率受限，因此在選擇振動模態時，應選擇滿足振型要求的低階動模態，同時，根據構件殘余應力分布特點選擇振型即所選振型，應使試件上應力較為集中的部位或方向都有均勻且幅值較大的振動變形，以產生足夠的動應力，并以該階振型對應的固有頻率作為激振頻率。

　　激振點

　　振動時效過程中，激振點也是影響時效效果的關鍵參數，研究表明，將激振點安置所選振型的波峰處可以產生較好的效果，且節省能源。

　　支撐點

　　支撐點位置應該放置在所選振型的節點位置，這樣可以減少支撐對工件振動形態的影響，使試件充分自由的振動。

　　激振力

　　由于選定了試件的低階固有頻率激振，故較小的激振力即可激勵起足量的振動，根據經驗，一般取試件重量的1/10作為激振力幅值。

　　激振時間

　　試驗表明，激振時間對振動時效技術效果的影響不很明顯，根據經驗，大件取30min，中小件取10min-20min。

　　總結

　　盤類鑄件的振動時效工藝參數設計，根據試件的殘余應力分布情況，可分別選擇鼓型振型和鞍型振型作為參數設計的基本依據，即當殘余應力以徑向分別為主時，應采用鼓型振型；當殘余應力以周向分布為主時，應選擇鞍型振型。

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