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二、工
艺 控 制 过 程
现在国内市场上所销售的振动时效产品在功能上已完全达到世界一流的技术水平,其工艺控制过程有所不同,主要包括扫频和频谱分析两种类型,两种方式各有优缺点,但基本上旗鼓相当。从价格上、技术上频谱型产品并不占优势,价格上却有很大的暴利,技术上缺陷很多。下面的分析主要从行业标准的基本要求和振动时效工艺过程控制原理来对两种产品进行比较:
1.JB/T5926标准的基本要求和振动时效的工艺过程介绍
中华人民共和国机械行业标准JB/T5926——振动时效工艺参数的选择和技术要求中的振动时效工艺效果评定方法明确规定振动时效的工艺效果由以下情况判定:
a
振幅时间(A-t)曲线上升后变平;
b
振幅时间(A-t)曲线上升后下降然后变平;
c
振幅频率(A-f)曲线振后的比振前的峰值升高;
d
振幅频率(A-f)曲线振后的比振前的峰值点左移;
e
振幅频率(A-f)曲线振后的比振前的带宽变窄。
标准的规定已明确的说明了振动时效所必需的工艺过程,即通过振前和振后的二次扫描对振幅和共振点参数进行比较来判定振动时效的工艺效果。
一个完全的振动时效的工艺过程是:通过一次扫描(振前扫描)确定和记录共振峰值参数——选择加工点和控制参数进行加工过程——二次扫描(振后扫描)再次确定和记录共振峰值参数——显示或打印两次扫描和加工过程中的振幅—频率(A-f)和振幅—时间(A-t)曲线以及共振峰点的振幅、频率(转速值)参数。
2.扫频和频谱分析产品的功能比较
扫频(频率扫描)方式是在振动时效工艺过程中应用最成熟的一种基本工艺过程,通过扫频可以非常精确的获得结构件的共振峰值的振幅、频率参数和高次谐波分量,可直接准确地判断加工点和在加工过程中控制加工过程,由于采用专利技术,其扫描时间很短,基本上占总时间的5%左右,但由于振幅可以直接获得参数,因此调整时间减少相应缩短了辅助调节时间,所以经过优化的扫频方式在目前所有的振动时效工艺过程中是时间最短、效率最高的,在同样的加工效果和质量的情况下,远不是老式扫频方式和频谱分析方式所可比的,可以减少时间50%以上。扫频方式可获得标准规定的所有曲线和参数,因此其技术支持完善。
频谱分析方式是振动时效工艺过程中应用最不成熟的,其优点仅是可以很快获得结构件的共振频率,但无法直接获得振幅和由局部共振或振动方向分量所激励的高次谐波分量,因此必须通过不断的人工调整才能进入加工状态,同时必须通过多振型的加工才能达到好的加工效果,这样节约的扫频时间又为更长的调整和多次加工所浪费,甚至总运行时间比扫频长2-3倍。因此在频谱分析方式不成熟的情况下,这类产品一般都同时配置所谓“亚共振方式”,实际上就是“扫频方式”,只不过变换了名称,在实际运用中这类设备大部分还是使用“亚共振方式”也就是“扫频方式”。频谱分析方式无法获得标准所规定的曲线和参数,因此目前完全不存在技术支持。
所谓适合高结构钢性工件的加工两种方法都可以完成,主要是采用大激振力的降频或分频共振方法,但要注意的是某些产品是利用动应力无法施加的非共振振动来完成,这样的加工对残余应力的消除根本不起作用。这种方式的识别非常简单,首先在扫描过程中振动加速度值必须有完全的先上升后下降的过程,这个过程就是扫描经过共振点,如果是只上升的斜线,就不是共振;再就是在时效加工过程中用手直接感觉工件各处的振动强度,强弱改变明显的是共振,否则就是非共振。更有甚者,某些产品利用用户不了解振动加载必须有一定的量才能达到振动时效的目的,有意采用低量值加工,以确保可以加工的表面现象。振动时效的振动加载一般应该在30-120m/s2的范围内,低转速时感到明显振动、高转速时手触感到麻痒即可。
频谱分析方式也是采用一维的检测方法,因此同样无法判断振型,在高价格的基础上并未改善振动时效的加工质量和提高加工效率,相反,由于必须采用多次在不同的共振峰加工,容易降低工件的疲劳强度,甚至使工件本身质量受到影响。
3.三维振动量检测技术对振动时效工艺贡献巨大
振动时效工艺过程的关键是检测技术,通过对工艺参量的检测,准确控制加工过程,几十年的工艺经验累积和工艺原理都表明,影响振动时效加工质量的问题按重要性排序是:振型判断——谐波检测——稳幅工艺,其中谐波检测和稳幅工艺在全自动产品上(如RSR2000G系列)已经得到很好的技术支持,而最关键的振型判断无论在全自动和手动(包括所谓的超级手动)都因检测技术的原因无法得到解决,先进的全自动设备如RSR2000G系列可以通过基本的软件分析大概判断,但准确性不够,究其原因在于一维检测参数的局限性。
振型判断的关键是在扫频过程中区分结构件的弯曲或扭曲振型,和在多个振动峰中区分整体结构共振和局部共振,振动时效实践和理论明确指出弯曲振型的加工效果较扭曲振型差,因此在无法判断振型的加工过程必须选择多个共振峰进行加工,加工效率低且容易产生疲劳效应而降低工件质量;而局部共振完全都是弯曲振动并且只产生于局部一定区域,直接对加工过程产生不利影响,甚至根本达不到加工目的。
振型的检测通过三维传感器可以完成,其原理是弯曲振型完全是单一取向性的振动,而扭曲振型至少在二个方向上产生振动。普通的一维传感器就无法完成振型检测,通过人工辅助也无法准确获得加工过程中的参量变化,因此对加工的影响较大。RSR3000系列通过三维传感器获得四个基本参数直接反映振动的全部信息,通过软件分析判断可确定振型,即使在结构件加工过程中没有扭曲振型,也可以通过选择二个不同方向的弯曲振型来达到模拟扭曲振型的目的,获得最高的加工效率和达到最佳的加工质量。
4.关于准确消除应力
所谓准确消除应力这句话本身用在振动时效行业中就是一句完全的病语,所有的时效加工方法只是在一定范围对残余应力进行消除,如振动时效的范围是可消除25-80%左右的残余应力,而其加工过程跟材料和残余应力的量有关,所谓准确就是如对某一结构件要求消除残余应力35.5%,但振动时效设备的检测方法是不能测试残余应力的量值的,因为无论是采用加速度传感器和动应力传感器(应变片)都无法准确测量残余应力值,所以想准确消除残余应力是完全不可能的。我们只能通过设备功能的增强来达到尽可能最大幅度的消除残余应力,如保证消除35%以上。振动时效的加工过程是残余应力松弛的过程,只有准确的检测振动过程的振动变量才能最大效率地消除残余应力,目前最有效的检测方法是采用趋势平缓法的稳幅工艺,而且这种工艺能保证在符合行业标准的要求上完成加工工艺过程,目前只有RSR2000(G)、RSR3000系列上具备这种功能。
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