CN101492766B - 一种运用电动振动试验系统进行的振动时效方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运用电动振动试验系统进行的振动时效方法及装置。该方法为：测量工件内残余应力，并确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；以电动振动台对工件进行频谱分析，优选出多个谐波频率；对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，在施力过程中实时检测工件中的动应力水平，并据此调整振动台激振力参数，选出适合的激振力；在适合激振力条件下，对工件进行持续时效处理，至达到设定时间后结束操作。该装置包括电动振动台，动应力测量系统及振动控制仪。本发明工艺简洁、运行成本低廉，对多种规格试件均适用，且处理过程高效快捷，节能环保；而装置结构简单，操作方便，占用场地少，能耗低，可被广泛应用于机械加工技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域的一种振动时效方法及装置，特别涉及一种运用电动振动试验系统进行的振动时效方法及装置，以消除金属工件内的残余应力。
背景技术
在机械制造领域，金属工件经过铸造、锻压、焊接等机械加工后，在金属工件内部通常会产生残余应力，该等残余应力的存在会导致金属工件尺寸变化，降低工件尺寸精度的稳定性，因此，消除金属工件内的残余应力是必需的工艺处理环节。常用消除残余应力的方法包括自然时效技术、热时效技术和振动时效技术等。其中，自然时效技术周期太长，占地面积大，不适应大批量生产；热时效技术则成本高，占地面积大，辅助设备多，耗能高，易造成环境污染，且炉温控制难度高，工件易氧化，难以清理，并易因受热不均致裂，从而在冷却过程中产生新的应力；而振动时效技术则消除应力效果显著、投资少、生产周期短、符合环保要求，近年来呈现出替代前两种时效技术的趋势。
目前，振动时效技术主要有两种方法，即亚共振振动时效技术和频谱谐波振动时效技术，其中亚共振振动时效技术是通过扫频的方式寻找工件与激振器的共振峰，但由于激振器电机转速有限，当工件共振频率超出激振器的频率范围时，通过扫描就无法找到工件共振频率，因而无法对工件进行有效的振动处理，且有效振型较少，振动时效的应力消除不稳定，应力的消除不能得到最佳的结果；而频谱谐波振动时效技术是通过对工件进行频谱分析找出工件的多个谐波频率，在这多个谐波频率中优选出五种不同振型的谐波频率进行时效处理，此方法对谐波频率密集的工件优选谐波频率时有一定的难度，且只能对优选出的谐波频率点分别进行时效处理，而不能对优选出的谐波频率点同时进行激振，因此仍不能较好改善工件的疲劳寿命。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可对高固频工件进行有效的残余应力消除处理，且可在较宽的频带范围内同时对工件进行激振处理的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法及装置，以克服现有技术中的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，该方法为：
测量工件内的残余应力，并据此确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；
以电动振动系统对工件进行频谱分析，优选出多个谐波频率；
根据优选出的谐波频率，对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，在施力过程中实时检测工件中的动应力水平，以所检测到的动应力为依据调整振动台激振力的参数，至优选出适合的激振力；
在上述适合的激振力条件下，对工件进行持续的时效处理，至达到设定的时间后结束操作。
具体而言，在以电动振动试验系统对工件进行频谱分析及振动时效处理时，若工件的规格超出电动振动系统可承载的范围，则将工件悬挂后，再利用电动振动系统对其进行激振；或，若工件的规格超出电动振动系统可承载的范围且不适合悬挂时，可将电动振动系统安装在工件上，再利用电动振动系统对工件进行激振；或，当工件的规格超出电动振动系统可承载的范围且既不适合悬挂也不适合将电动振动系统安装在其上时，可将电动振动系统悬挂后对工件进行激振。
该方法具体为：
(1)测量工件内的残余应力，并据此确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；
(2)以电动振动系统对工件进行频谱分析，优选出多个谐波频率；
(3)根据优选出的谐波频率，以电动振动系统对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，并以动应力测量系统实时检测工件中的动应力水平，同时依据所检测到的动应力相应调整一振动控制仪的参数，以实现对施加在工件上的激振力的调整，直至优选出适合的激振力；
(4)在上述适合的激振力条件下，对工件进行持续的时效处理，至达到设定的时间后结束操作。
所述振动控制仪通过一功率放大器与电动振动系统连接，且该控制仪同时与振动台面上的一加速度传感器连接，形成一闭环控制系统。
步骤(4)中，待操作结束后，可重新测量工件的残余应力，进行振动时效效果的评定。
所述电动振动系统包括电动振动台。
一种应用于如上所述运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置，其特征在于，该装置包括电动振动系统，动应力测量系统及振动控制仪，其中，电动振动系统用于对工件进行频谱分析，并提供激振力；动应力测量系统用于测量工件中动应力的水平；振动控制仪与电动振动系统连接，用于调整施加在工件上的激振力水平。
进一步讲，所述振动控制仪通过功率放大器与电动振动台连接，且该控制仪同时与振动台面上的一加速度传感器连接，形成一闭环控制系统。
所述电动振动系统包括电动振动台，当工件的规格超出电动振动台可承载的范围时，工件悬挂设置于电动振动台上方，并与电动振动台台面连接；当工件的规格超出电动振动台可承载的范围且不适合悬挂时，电动振动台安装在工件上，并以电动振动台台面与工件连接；当工件的规格超出电动振动台可承载的范围且既不适合悬挂也不适合将电动振动台安装在其上时，电动振动台悬挂设置于工件一侧，并以电动振动台台面与工件连接。
所述电动振动台台面通过一传力机构与工件连接，该传力机构包括传力杆。
本发明中采用电动振动系统，特别是具有较宽的振动频率范围，且振动频率易调整的电动振动台与动应力测量系统及振动控制仪装置等组成振动时效设备，并藉此振动时效设备发展出一种振动时效方法，从而可对高固频工件进行高效的消除残余应力处理，且可对优选的处在一定宽度频带范围内的多个谐波频率点同时进行激振，从而可有效改善工件的疲劳寿命。且本发明对工件的规格亦较少限制。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该运用电动振动试验系统进行的振动时效方法工艺简洁、运行成本低廉，对多种规格试件均适用，且对工件进行处理时高效快捷，同时还节能环保，另外，应用于该方法中的装置结构简单，操作方便，占用场地少，能耗低。本发明可被广泛应用于机械加工技术领域，并产生良好经济效益。
附图说明
以下结合附图及具体实施方式对本发明的内容做进一步说明。
图1是本发明具体实施方式中应用于运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置的结构示意图；
图2是采用图1所示应用于运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置对大规格工件进行处理时的工作状态示意图；
图3是采用图1所示应用于运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置对大规格工件进行处理时的另一工作状态示意图；
图4是采用图1所示应用于运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置对大规格工件进行处理时的又一工作状态示意图。
具体实施方式
如图1所示，该应用于运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置包括电动振动台1，动应力测量系统4及振动控制仪2，其中，电动振动台1用于对工件进行频谱分析，并提供激振力；动应力测量系统4用于测量工件6中动应力的水平；振动控制仪2通过一功率放大器3与电动振动台1连接，用于调整施加在工件上的激振力水平，同时该振动控制仪2还与设置在电动振动台1台面上的一加速度传感器5连接，形成闭环控制系统。
而应用该装置的振动时效方法如下：
在对工件进行时效处理前，测量工件内的残余应力，并据此确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；
若工件的规格(体积及重量)与电动振动台大小匹配，则将工件安装在电动振动台上，并以电动振动台对工件进行频谱分析，优选出复数个谐波频率；
根据优选出的谐波频率，以电动振动台对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，并以动应力测量系统实时检测工件中的动应力水平，同时依据所检测到的动应力相应调整一振动控制仪的参数，以实现对施加在工件上的激振力的调整，直至优选出适合的激振力；
在上述适合的激振力条件下，对工件进行持续的时效处理，至达到设定的时间后结束操作，并可重新测量工件的残余应力，进行振动时效效果的评定。
需要说明的是，若工件规格与电动振动台不匹配，则可将工件悬挂、或将电动振动安装在工件上、或将电动振动台悬挂，而后以电动振动台对工件进行频谱分析技振动时效处理，其工作状态如图2～4所示。具体而言，即若工件的规格超出电动振动台可承载的范围，则将工件悬挂设置在电动振动台台面上，再利用电动振动台对其进行激振；或，若工件的规格超出电动振动台可承载的范围且不适合悬挂时，可将电动振动台安装在工件上，然后再利用电动振动台进行激振；或，当工件的规格超出电动振动台可承载的范围且既不适合悬挂也不适合将电动振动台安装在其上时，可将电动振动台悬挂后对工件进行激振。在上述过程中，亦可通过一传力杆将电动振动台台面与工件连接。
本实施例采用具有较宽的振动频率范围，且振动频率易调整的电动振动台与动应力测量系统及振动控制仪装置等组成振动时效设备，并藉此振动时效设备发展出一种振动时效方法，从而可对高固频工件进行高效的消除残余应力处理，且可对优选的处在一定宽度频带范围内的多个谐波频率点同时进行激振，从而可有效改善工件的疲劳寿命。
以上实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施方式。但是，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，该方法为：
测量工件内的残余应力，并据此确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；
以电动振动系统对工件进行频谱分析，优选出多个谐波频率；
根据优选出的谐波频率，对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，在施力过程中实时检测工件中的动应力水平，以所检测到的动应力为依据调整振动台激振力的参数，至优选出适合的激振力；
在上述适合的激振力条件下，对工件进行持续的时效处理，至达到设定的时间后结束操作。
2.根据权利要求1所述的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，在以电动振动试验系统对工件进行频谱分析及振动时效处理时，若工件的规格超出电动振动系统可承载的范围，则将工件悬挂后，再利用电动振动系统对其进行激振；或，若工件的规格超出电动振动系统可承载的范围且不适合悬挂时，可将电动振动系统安装在工件上，再利用电动振动系统对工件进行激振；或，当工件的规格超出电动振动系统可承载的范围且既不适合悬挂也不适合将电动振动系统安装在其上时，可将电动振动系统悬挂后对工件进行激振。
3.根据权利要求1所述的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，该方法具体为：
(1)测量工件内的残余应力，并据此确定对工件进行振动时效处理时应施加的动应力水平；
(2)以电动振动系统对工件进行频谱分析，优选出多个谐波频率；
(3)根据优选出的谐波频率，以电动振动系统对工件施加随机加正弦定频或扫频的激振力，并以动应力测量系统实时检测工件中的动应力水平，同时依据所检测到的动应力相应调整一振动控制仪的参数，以实现对施加在工件上的激振力的调整，直至优选出适合的激振力；
(4)在上述适合的激振力条件下，对工件进行持续的时效处理，至达到设定的时间后结束操作。
4.根据权利要求3所述的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，所述振动控制仪通过一功率放大器与电动振动系统连接，且该控制仪同时与振动台面上的一加速度传感器连接，形成一闭环控制系统。
5.根据权利要求3所述的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，步骤(4)中，待操作结束后，可重新测量工件的残余应力，进行振动时效效果的评定。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的运用电动振动试验系统进行的振动时效方法，其特征在于，所述电动振动系统包括电动振动台。
7.应用于如权利要求1所述运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置，其特征在于，该装置包括电动振动系统，动应力测量系统及振动控制仪，其中，电动振动系统用于对工件进行频谱分析，并提供激振力；动应力测量系统用于测量工件中动应力的水平；振动控制仪与电动振动系统连接，用于调整施加在工件上的激振力水平。
8.根据权利要求7所述的应用于如权利要求1所述运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置，其特征在于，所述振动控制仪通过功率放大器与电动振动台连接，且该控制仪同时与振动台面上的一加速度传感器连接，形成一闭环控制系统。
9.根据权利要求7所述的应用于如权利要求1所述运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置，其特征在于，所述电动振动系统包括电动振动台，当工件的规格超出电动振动台可承载的范围时，工件悬挂设置于电动振动台上方，并与电动振动台台面连接；当工件的规格超出电动振动台可承载的范围且不适合悬挂时，电动振动台安装在工件上，并以电动振动台台面与工件连接；当工件的规格超出电动振动台可承载的范围且既不适合悬挂也不适合将电动振动台安装在其上时，电动振动台悬挂设置于工件一侧，并以电动振动台台面与工件连接。
10.根据权利要求9所述的应用于如权利要求1所述运用电动振动试验系统进行的振动时效方法中的装置，其特征在于，所述电动振动台台面通过一传力机构与工件连接，该传力机构包括传力杆。
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