CN107151733B - 时效振动设备的激振器紧固装置及应力消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械设备的制造加工和检验技术领域。一种时效振动设备的激振器紧固装置及应力消除方法，用于夹持固定工件和激振器，包括：C型卡座以及设置在C型卡座两端的卡紧平台和紧固螺孔，所述C型卡座承受激振器和工件夹持时的反向作用力；在所述紧固螺孔内设置有紧固丝杆，所述紧固丝杆和卡紧平台上下垂直对应设置；在所述紧固丝杆上端设置有驱动头，与所述紧固螺孔上侧对应的所述紧固丝杆上设置有紧固螺母。本发明提高和保证了时效振动设备的最关键部件——激振器的拆装作业和工作时的紧固状态，彻底解决了振动过程中激振器松脱和振幅降低和振动冲击力衰减现象。此外保证了时效振动作业的可靠度与安全性，提高时效振动质量，方便拆装作业。

Description

时效振动设备的激振器紧固装置及应力消除方法

技术领域

本发明涉及道机车车辆、起重机械、城际列车、地铁、物料运输等机械设备制造过程中的钢结构零部件的铆焊后的应力消除和稳定性保证和静载测试，其属于机械设备的制造加工和检验技术领域，具体涉及一种时效振动设备的激振器紧固装置及应力消除方法。

背景技术

随着轨道运输技术和装备的的发展与更新，也随着钢结构在机电制造业和建筑行业的快速运用，在铁道机车车辆、起重机械、城际列车、地铁、物料运输、建筑机电等设备领域，通过时效振动的应力消除工艺技术作为钢结构件的焊接、加工过程中的基础和关键。在铁道机车车辆、工程机械的制造、修理中，尤其是走行部的转向架的加工制造、检测修理中，必须对转向架的构架进行振动时效处理，以消除运用和焊接后的应力聚集，从而保证构架的结构稳定性和质量可靠度，最终保证机车车辆和工程机械的运行安全。对此，怎样紧固振动时效装置和如何制造、拆卸振动装置的固定装置就成为了新的一大工艺技术难题与设计、改进方向。

振动时效又称振动振动消除应力法，是将工件(包括铸件、锻件、焊接构件等)在其固有频率下进行数十分钟的振动处理，消除和均化其残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。近年来在国内外已得到迅速的发展和广泛的应用。旨在通过专用的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形—被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态。位错重新滑移并钉扎，最终使残余应力得到消除和均化，从而保证了工件尺寸精度的稳定性。

振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。随着数字化控制系统在设备自动化控制方面的应用，振动时效的优点和可推广性愈加突出，增加了新的技术亮点。振动时效之所以得到各方面的普遍重视，是由于它具有如下的特点：一是成本低投资少。与传动的热时效相比，它无需庞大的时效炉，可节省占地面积与高昂的购置设备资金投入。传统的的大型铸件与焊接件，如采用热时效需建造大型时效炉，不仅造价昂贵、利用率低，而且炉内温度高低不均，消除应力效果差。采用振动时效可以完全避免这些问题。振动时效设备的价格一般在6～10万元左右，就能满足几百吨以下工件的时效处理，而对大型工件建造热时效炉窖不仅需投资几十万，而且占地面积大，应用起来不灵活，如果工件少还不值得开炉、工件太大时又装不进炉等。二是周期短节拍快。自然时效少则几个月长则几年的长期放置，热时效也需数十小时的周期才能完成，而振动时效一般只需数十分钟即可完成。同时，振动时效不受场地限制，可减少工件的往返运输。若振动设备布置在机加工生产线上，可以使生产节拍更加紧凑流畅，最大程度消除金切加工过程中产生的加工应力。三是拆装简单使用方便。振动时效设备体积小、重量轻，便于携带。一套设备轻的不足25㎏。不受场地限制，振又可携至现场。所以这种技术工艺与热时效相比，使用简便、灵活。四是适应性强用途广泛。它不受工件大小和材质的限制，从几公斤的小工件到几百吨的大工件都可以方便地，特别对于一些大、中型的箱、梁、座等工件和热时效变形严重的工件，振动时效更能显出其优越性能。大量的研究和实际应用证明，振动时效对工件的时效效果好，基本与电炉的时效效果相近，克服了热时效炉温不均而造成消除应力不均匀之难题，而且避免了工件因加热而降低其抗变形能力的影响，所以一般经振动时效处理的工件较一般热时效处理的工件的尺寸稳定性可提高30％以上。五是节约能源，降低成本。在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小。实践证明，功率与0.25至1马力的机械式激振器可振动150吨以下的工件。而其能源消耗仅为热时效的3～5％,成本仅为热时效的8～10％。振动时效处理一个周下来只用几度电，与热时效比较起来其节能基本在95％以上。六是机械性能显著提高。经过振动处理的工件其残余应力可以被消除30％～55％左右，高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高工件使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的产生。可以提高工件抗变形的能力，稳定工件的精度，提高工件的精度，提高机械性能。七是符合环保标准实现文明生产。整个时效过程避免了热时效的烟气粉尘废渣等污染源。彻底解决了热时效炉窖的环境污染问题。随着人们对环境要求的提高，热时效炉窖的烟气、粉尘、炉渣问题已受到限制，振动时效则能完全避免，这也是振动时效技术被国家环保局近几年一直推广的原因。八是操作简便人机协调性强。可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。特别适合不宜高温时效的材料和零件的消除应力处理，如不锈钢件、有的金属件、焊休后的机械零件等等。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种时效振动设备的激振器紧固装置及应力消除方法，其结构设计合理，提高时效振动设备的运行可靠度与安全性，保证箱、梁、座等钢结构工件和铸造工件的加工制造技术标准，进而提高整体装备的质量可靠度和安全靠度，从而减少人力物力的浪费，推动和促进机电产品修造事业的发展。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种时效振动设备的激振器紧固装置，用于夹持固定工件和激振器，包括：C型卡座以及设置在C型卡座两端的卡紧平台和紧固螺孔，所述C型卡座承受激振器和工件夹持时的反向作用力；在所述紧固螺孔内设置有紧固丝杆，所述紧固丝杆和卡紧平台上下垂直对应设置；在所述紧固丝杆上端设置有驱动头，与所述紧固螺孔上侧对应的所述紧固丝杆上设置有紧固螺母。

所述C型卡座上设置有去重槽，所述C型卡座为变截面结构，且所述C型卡座的横截面呈工字型，所述C型卡座的各区域的变截面结构与其所承受的作用力相适应。

所述C型卡座通过铸铁铸造而成，且所述紧固螺孔为细牙螺纹孔；所述紧固丝杆的材质为合金钢，并通过调质处理；所述紧固丝杆和所述紧固螺孔匹配连接。

所述卡紧平台上布设有直沟槽或网格状的齿槽。

与所述驱动头对应的所述紧固丝杆上设置有限位台，在所述紧固丝杆的下端部设置有着力头，且所述着力头通过淬火处理。

一种基于时效振动设备激振器紧固装置的振动时效应力消除方法，包括以下步骤：

a、将激振器放置在工件的相应位置上，并利用至少两组上述的的时效振动设备的激振器紧固装置，对激振器和工件进行夹紧固定；其通过调整紧固丝杆和卡紧平台分别与相应的贴合支撑面之间的贴合度、以及紧固丝杆与卡紧平台之间的垂直度，使激振器的底板与工件之间密切贴合；

b、调整丝杆的拧紧力矩达到150～225N·M，保持各紧固丝杆的拧紧力矩一致，并通过塞尺检测激振器底板与工件之间的间隙，确保塞尺不能贯通；

c、拧紧紧固螺母，达到放松状态；

d、启动时效振动设备，并观察激振器紧固装置的卡紧状态，当出现松缓现象时，停止时效振动设备，并重新校正固紧；确保处于固紧状态后，重新启动时效振动设备；

e、待达到相应的时效振动的工艺技术参数和指标后，关闭时效振动设备；依次松开紧固螺母和紧固丝杆，卸下激振器紧固装置并放至存放架上，卸去激振器；至此，完成工件的应力消除。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请提供的一种时效振动设备的激振器的固定方法及其紧固装置，提高和保证了时效振动设备的最关键部件——激振器的拆装作业和工作时的紧固状态，彻底解决了振动过程中激振器松脱和振幅降低和振动冲击力衰减现象。此外，本申请保证了时效振动作业的可靠度与安全性，提高时效振动质量，方便拆装作业，也减少人力物力的浪费，降低安全事故的发生概率。

本申请的激振器紧固装置的结构不仅可以使用活动扳手和专用工装来松紧，也可以通过专用扳子头和电动、风动扳手来快速松紧，大大提高工作效率，实现激振器的快捷拆装。其紧固螺母采用调质材料制作，不仅能起到锁紧丝杆的作用，而且制作简单、价格低廉，经济效果较好。

本申请中的C型卡座的中间设计、铸造有去重槽，不仅起到去重效果，而且能加强C型卡座的本体强度，也作为手持、手抓的部位，便于安装、拆卸和取放移动。C型卡座的上部丝杆孔采用细牙螺纹结构，这种结构不仅不容易撸扣，而且还能起到良好的自锁效果。此外，C型卡座采用铸铁材质，紧固丝杆采合金钢材质，这一“硬”一“软”的螺纹副配合，可以达到很好的相互保护效果。一旦哪个零件损坏，均可以通过相应的改进和完善来保证整套装置的使用。

附图说明

图1为本发明的时效振动设备的激振器与工件的安装结构示意图。

图2为本发明的时效振动设备的激振器紧固装置。

图3为C型卡座的结构示意图。

图4为图3中C-C向的结构示意图。

图5为图3中E-E向的结构示意图。

图6为图3中的F向的结构示意图。

图7为紧固丝杆的结构示意图。

图中序号：100为工件、200为紧固装置、201为C型卡座、202为卡紧平台、203为紧固螺孔、204为紧固丝杆、205为驱动头、206为紧固螺母、207为去重槽、208为着力头、209为限位台、210为直沟槽、300为激振器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参见图1-图7，本发明一种时效振动设备的激振器紧固装置，其用于在时效振动作业时对工件100和激振器300夹持固定，包括C型卡座201以及设置在C型卡座201两端的卡紧平台202和紧固螺孔203，其C型卡座201承受激振器300和工件100夹持时的反向作用力；在紧固螺孔203内设置有紧固丝杆204，紧固丝杆204和卡紧平台202上下垂直对应设置；在紧固丝杆204上端设置有驱动头205，与紧固螺孔203上侧对应的所述紧固丝杆204上设置有紧固螺母206。

其C型卡座201采用HT20-40的铸铁材质铸造而成，且经过自然时效和抛丸处理，这样不仅消除了铸造应力，消除了变形隐患，加上采用铸铁结构，既保证了该部件的刚度、强度和稳定性，而且在后期加工过程中便于加工制作。C型卡座的中间设计、铸造有沟槽，即去重槽207，不仅起到去重效果，而且能加强C型卡座的本体强度，也作为手持、手抓的部位，便于安装、拆卸和取放移动；C型卡座设计为变截面结构，如图5和图6，C型卡座的横截面呈工字型，C型卡座的各区域的变截面结构与其所承受的作用力相适应，根据C型卡座在时效振动过程中各区域所承受的作用力，合理设计变截面的结构和尺寸大小，从而能够有效的提高C型卡座的结构的稳定性。

C型卡座上端的紧固螺孔采用M35×2的细牙螺纹结构，这种结构不仅不容易撸扣，而且还能起到良好的自锁效果。C型卡座下部的卡紧平台是一个50mm(宽)×80mm(长)的矩形平台，上面均匀开有5个6mm(宽)×4mm(深)×45°的直沟槽210，不仅能起到卡紧工件100下边缘板、增大摩擦力的效果，而且也增加了强度。在加工时，C型卡座201上部的M35×2的细牙紧固螺孔和C型卡座下部的50mm(宽)×80mm(长)的卡紧平台采取上加工中心加工，一次性完成，完全保证了紧固螺孔与卡紧平台的垂直度在0.025mm/500mm内，保证了激振器的紧固安装状态。与驱动头205对应的紧固丝杆204上设置有限位台209，在紧固丝杆204的下端部设置有着力头208，且着力头208通过淬火处理，本实施例中的紧固丝杆204采用35CrMo材质且经过调质处理，这样保证了强度和韧性，对于其着力头采用Φ26mm(直径)结构并经过淬火处理，确保刚度和硬度。

紧固丝杆204的紧固、松开是通过其头部的41mm(矩形边长)×41mm(矩形边宽)×20mm(厚)驱动头205来实现，这种结构不仅可以使用活动扳手和专用工装来松紧，也可以通过专用扳子头和电动、风动扳手来快速松紧，大大提高工作效率，实现激振器的快捷拆装。紧固螺母采用调质材料制作，不仅能起到锁紧紧固丝杆的作用，而且制作简单、价格低廉，经济效果较好。

本申请的C型卡座201可以长期多次使用，因为C型卡座201采用铸铁材质，紧固丝杆采合金钢材质，这一“硬”一“软”的螺纹副配合，可以达到很好的相互保护效果。一旦哪个零件损坏，均可以通过相应的改进和完善来保证整套装置的使用。如当C型卡座M35×2的细牙螺纹孔撸扣时，可以在镗床或者加工中心上，将原螺纹孔扩孔镶入铸铁再加工成M35×2的细牙螺纹孔，而不至于整个C型卡座201报废。当紧固丝杆204因弯曲变形或者撸扣时，可以加工制作一个新的丝杆，从而保证紧固装置的正常使用。

利用上述的时效振动设备的激振器紧固装置200的振动时效应力消除方法，包括以下步骤，使用时，将至少两个紧固装置200对称安放到需要时效振动的工件100需要振动的部位，然后把时效振动设备的关键部件即激振器300放到振动工件的上缘板上，将紧固装置200的卡紧平台202与工件100的下缘板贴合，把紧固装置200的紧固丝杆204卡住激振器300的座板，用扳手拧紧，确保C型卡座201装配的紧固丝杆204和卡紧平台202垂直，这样也保证了激振器的座板与工件上缘板的密贴。同时，保障紧固丝杆204的拧紧力矩达到150-225N·M，用塞尺检测激振器300与工件100上缘板的之间间隙，使0.10mm的塞尺检测全长不能贯通。同时，拧紧紧固螺母206，达到紧固丝杆204与紧固螺孔203之间的放松效果。

在振动过程中，注意观察紧固装置的卡紧状态，一旦出现松缓情况，随即停机，重新校正紧固，确保紧固状态。

当达到振动频次、幅度等工艺技术参数和指标后，关闭振动时效设备，松开紧固螺母206和紧固丝杆204，卸掉紧固装置200并码放到专用存放架上，再卸去激振器300。至此，完成工件的应力消除。

进一步具体的：对于多组C型卡座201呈成对、对称布置，其结构组成和规格尺寸一模一样，它们起到将激振器300与被时效振动工件100紧固到一起，即激振器安装到被时效处理工件的振动部位的作用，靠C型卡座201上部紧固丝杆拧入压紧激振器300的座板，使之与工件的上缘板密贴。同时，使卡座装配的带有5个6mm(宽)×4mm(深)×45°的直沟槽的卡紧平台与工件下缘板贴近，并通过沟槽增加摩擦力卡紧。由于C型卡座201在镗床或者加工中心加工时保证了上部紧固螺孔203与下部的卡紧平台202的垂直度，所以，能够保证细牙紧固丝杆204与下部卡紧平台202的垂直度，从而保证C型卡座201装配工作时的垂直度，最终保证激振器300与被振动时效工件的垂直安装和密贴。当紧固丝杆204拧紧后，再反扣旋紧紧固螺母206，起到双锁紧作用，确保在振动过程中C型卡座201装配不松脱，从而保证激振器300的安装牢固状态。在左右两个C型卡座201装配的使用过程中，紧固力矩一定相同，确保激振器不倾斜受力。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种时效振动设备的激振器紧固装置，用于夹持固定工件和激振器，其特征在于，包括：

C型卡座，所述C型卡座承受激振器和工件夹持时的反向作用力；

以及设置在C型卡座两端的卡紧平台和紧固螺孔，在所述紧固螺孔内设置有紧固丝杆，所述紧固丝杆和卡紧平台上下垂直对应设置；

在所述紧固丝杆上端设置有驱动头，与所述紧固螺孔上侧对应的所述紧固丝杆上设置有紧固螺母；与所述驱动头对应的所述紧固丝杆上设置有限位台，在所述紧固丝杆的下端部设置有着力头，且所述着力头通过淬火处理。

2.根据权利要求1所述的时效振动设备的激振器紧固装置，其特征在于，所述C型卡座上设置有去重槽，所述C型卡座为变截面结构，且所述C型卡座的横截面呈工字型，所述C型卡座的各区域的变截面结构与其所承受的作用力相适应。

3.根据权利要求1所述的时效振动设备的激振器紧固装置，其特征在于，所述C型卡座通过铸铁铸造而成，且所述紧固螺孔为细牙螺纹孔；所述紧固丝杆的材质为合金钢，并通过调质处理；所述紧固丝杆和所述紧固螺孔匹配连接。

4.根据权利要求1所述的时效振动设备的激振器紧固装置，其特征在于，所述卡紧平台上布设有直沟槽或网格状的齿槽。

5.一种基于时效振动设备激振器紧固装置的振动时效应力消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将激振器放置在工件的相应位置上，并利用至少两组如权利要求1～4中任一所述的时效振动设备的激振器紧固装置，对激振器和工件进行夹紧固定；其通过调整紧固丝杆和卡紧平台分别与相应的贴合支撑面之间的贴合度、以及紧固丝杆与卡紧平台之间的垂直度，使激振器的底板与工件之间密切贴合；

b、调整各激振器紧固装置的紧固丝杆的拧紧力矩达到150～225N·M，保持各紧固丝杆的拧紧力矩一致，并通过塞尺检测激振器底板与工件之间的间隙，确保塞尺不能贯通；

c、拧紧紧固螺母，达到放松状态；

d、启动时效振动设备，并观察激振器紧固装置的卡紧状态，当出现松缓现象时，停止时效振动设备，并重新校正固紧；确保处于固紧状态后，重新启动时效振动设备；

e、待达到相应的时效振动的工艺技术参数和指标后，关闭时效振动设备；依次松开紧固螺母和紧固丝杆，卸下激振器紧固装置并放至存放架上，卸去激振器；至此，完成工件的应力消除。