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[木工机械制造工艺] 振动时效技术及在木工机床中的应用

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    振动时效技术及在木工机床中的应用
    冯飞奇
    (南兴装备股份有限公司,广东 东莞 523943)
    [摘要] 介绍了振动时效相关技术及其机理,同时从被振零件的选择、激振器的安装位置以及零件的支承这三方面对振动时效工艺在木工机床中的应用进行阐述。现阶段,我国振动时效技术还存在一定缺陷,及时深入地开展振动时效工艺及在木工机床中的应用探究势在必行,以便为我国振动时效技术的深入发展奠定基础。
    [关键词] 振动时效工艺;木工机床;应用探究

    [size=1em]随着我国工业生产的持续发展,工件加工逐渐引起了工业领域的关注。由于工件加工过程易受外界因素影响,因此工件表面和内部出现不均匀的残余应力,从而导致零件状态不稳定,工件整体机械性能低,工件尺寸不符合标准。因此,为解决工件表面和内部不均匀的残余应力问题,增强工件整体机械性能,通常在木工机床中采用振动时效工艺,使得工件尺寸满足精度要求。

    1 振动时效技术及其机理

    [size=1em]振动时效技术指的是利用振动能量对工件进行处理及优化,以此达到消除工件残余应力的目的。现阶段,国内外多从宏观角度及微观角度对振动时效技术及其机理进行探究。从宏观角度分析,零件易因振动而产生变形,减弱残余应力可增强零件稳定性,从而保证零件尺寸精度。因此在工件生产过程中,采用热时效方法减小残余应力。从微观方面分析,振动时效是对零件施加一种循环载荷附加应力。工业生产中通常缺乏弹性体材料,因此材料内部通常存在微观缺陷,这些微观缺陷都存在程度各异的应力集中。木工机床工作中,工件变应力与残余应力叠加,导致材料出现塑性变形现象。

    2 振动时效技术在木工机床中的应用2.1 被振零件的选择

    [size=1em]在理想状况下,零件尺寸精度不受振动频率影响,但其零件处理过程却对“共振”有所要求。被处理零件需保持固有频率才能产生共振,且要求激振器满足频率范围要求。定型激振器通常具有固定频率范围,所以零件的固有频率必须与激振器匹配,否则无法使用。零件大小、振动阻尼等是决定固有频率的主要因素,通常体积小,实心零件固有频率高,反之,固有频率较低。若零件的固有频率适应范围广,则就无关于工件内部条件。

    2.2 激振器的安装位置

    [size=1em]通常激振器位于零件振动的波峰周围(激振器安装位置如图1所示),使得小能量激发大振动。由图可知,A处正是位于零件振动的波峰附近, B处则相反,因此激振器位于B处时,难以激起零件的振动,耗能较大,作业效果不佳。梁型零件振动时,激振器应安装在零件的中部或首尾端。由于零件形状不规则,需根据手感或仪表指示法确定波峰,再进行安装与调整。激振器的安装位置需确保零件振动平稳,大型机械式激振器安装亦不例外。除此之外,激振器不能直接安装在零件上,易发生零件破裂。

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    [size=0.8em]图1 激振器的安装位置示意图

    2.3 零件的支承

    [size=1em]为保证零件的振动平衡,支承位置尽可能靠近节点,以避免零件及支承物相互撞击产生噪音和能量消耗。通常选用橡胶、轮胎等弹性强的物体作为支承物基本原料。在零件静动态平稳时,支承的数目少为佳。支承位置可由相应计算得出,从而有效降低振动噪音。除此之外,在确定好支承位置后,可立即进行振动处理。振动参数包括强度、振幅、频率和时间。

    3 未来发展趋势与展望

    [size=1em]第一,高频激振时效技术指的是将工件内部晶体微粒关系视为质量-弹簧系统,对零件施加激振频率后,元件便随之启动。系统普遍为阻尼振动系统,弹簧刚度大,因而系统存在多种共振频率。当外界激振频率与该系统频率相同时,便实现共振,系统出现错位后会在短时间内恢复到平衡位置,应力便随之消失。

    [size=1em]第二,现阶段,频谱谐波时效技术已在很多领域得到广泛推广与应用。相较于传统振动时效技术,现代频谱谐波时效技术已淘汰扫描方式,转而采用傅里叶方法进行频谱分析,并在多种频率中优先选出代表性强的振型频率进行时效处理。

    [size=1em]第三,普通振动时效技术是在焊接后才进行时效处理,但此种方式对削弱残余应力效果不大,金相组织几乎不受影响,整体时效不佳。而与普通振动时效技术不同的是,振动焊接时效技术是在焊接过程完成,边振边焊的时效处理方式能促进工件内部颗粒细化,并在一定程度上减小其变形性、提高其屈服度及疲劳拉伸度。除此之外,还缩短了工件的生产周期,极大地提高了木工机床的工作效率。

    4 结语

    [size=1em]综上所述,本文对振动时效技术及其机理进行了深入探究与分析,并对振动时效工艺的未来发展趋势与展望进行阐述,以期为该项技术在木工机床中推广和应用提供研究方向,最终形成低能耗、低污染的振动时效工艺。

    [size=1em]【参考文献】

    [size=1em][1]刘兴辉,张志艳,陈宏源.应用频谱谐波时效技术消除齿轮箱零件加上中应力的研究[J].新技术新上艺,2015(6):97-99.

    [size=1em][2]张凯,董学武,任代,等.激振频率对焊接残余应力的影响[J].成组技术与生产现代化,2011,26(3):8-17.

    [size=1em][3]孙久冰,宋天民,张国福,等.节能环保高效技术在焊接中的应用[J].热加工艺,2014,40(15);178-181.



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