一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法

摘要

本发明一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，属于机械制造时效处理技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，以便能够高合格率地选配出激振力、激振频率均合格的时效激振力；解决该技术问题采用的技术方案为：从频谱谐波时效技术原理及实际检测入手，分析了影响激振力选配的工艺因素，通过确定合理的激振力范围、确认工件结构与激振力的关系、明确选配测量方法等措施，摸索出了最佳选配激振力的方法，为激振力的选配提供了指导方法；本发明可广泛应用在利用频谱谐波时效技术加入焊接工艺中的激振力选配上。

权利要求

1.一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，其特征在于，按以下步骤执行：第一步：技术分析；

根据焊接结构件材质、产品结构，振动时效技术要求、时效原理、时效激振力选配工艺流程图和以往试验情况进行分析，以得出时效激振力可否选配的初步结论；

第二步：关键指标确定；

确定合理的激振力范围、确认工件结构与激振力的关系、明确选配测量方法是选配实效激振力的关键；

a．确定合理的激振力范围；

利用动应力理论、模型及公式，初算达到要求消除残余应力所需理论激振力；用ansys软件建模，将工件的应力场和温度场耦合后进行了复算，进一步确认计算结果的正确性，复算与初算结果相符后，即在一个量级上，结合工件共振频率确定激振力范围；

在确定合理的激振力范围后则可在有效范围内选配激振力；

b．确认工件结构与激振力的关系；

激振力与其结构有密切关系，其基本关系为：工件刚性强，需要的激振力会增高；工件刚性弱，需要的激振力会降低；激振力越大越容易促发工件的震动；

理顺了工件结构与激振力的关系，就可以根据工件结构调整激振力值；

c．明确选配测量方法；

工件残余应力测量方法为：从距焊缝一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测3个点，测截面数越多越好，并将数据记录在专用表格中；

工件固有频率测量方法为：选择受力大的部位进行固有频率和振型分析，并将数据记录在专用表格中；

第三步：根据所述第二步中的选配测量方法测量的数值，计算工件的残余应力值和确定工件的最佳震动频率范围，并根据工件的最佳震动频率范围，进一步确定工件的屈服强度；

第四步：根据所述第三步中得到的残余应力值和屈服强度，计算工件的动应力值；

第五步：选择合理的激振器档位进行时效试验，试验通过则激振力选配合理，试验失败则需重新调整激振器的档位，继续进行时效试验，直至通过试验。

说明书

一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法

技术领域

[0001] 本发明一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，属于机械制造时效处理技术领域。

背景技术

[0002] 振动消除应力简称VSR（Vibratory Stress Relief），它是利用一受控振动能量对金属工件施加周期性的作用力（动应力）。在振动过程中，施加到金属构件各部位的动应力与内部的残余应力叠加后，（σ动+σ残≥σs），当叠加幅值大于金属构件的屈服极限时，这些点晶格滑移，工件能够在高应力峰值处产生局部屈服，引起微小的塑性变形，使工件内部残余应力峰值降低以及使残余应力重新分布，增强抗变形能力，从而达到提高工件几何精度稳定性的目的。

[0003] 频谱谐波时效消除应力的原理是通过频谱分析，在100HZ内寻找低次谐波，施加合适的能量在多个谐波频率处振动，引起高次谐波累积振动产生多方向动应力，与多维分布的残余残余应力叠加，达到或者超过材料的屈服极限，造成塑性变形，从而降低峰值残余应力来提高工件抗动静载、抗变形能力，稳定尺寸精度的目的。

[0004] 以上理论、模型及公式虽然比较详细，但却有许多不足之处。

[0005] a.没有涉及具体的时效激振力选配方法；

[0006] b.在时效激振力的实际选配过程中，影响激振力、激振频率的因素远不止公式中所涉及的因素。

[0007] 即按以上照背景技术难以高合格率地选配出激振力、激振频率均合格的时效激振力。

发明内容

[0008] 本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，以便能够高合格率地选配出激振力、激振频率均合格的时效激振力。

[0009] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，按以下步骤执行：

[0010] 第一步：技术分析；

[0011] 根据焊接结构件材质、产品结构，振动时效技术要求、时效原理、时效激振力选配工艺流程图和以往试验情况等资料进行分析，以得出时效激振力可否选配的初步结论；

[0012] 第二步：关键指标确定；

[0013] 确定合理的激振力范围、确认工件结构与激振力的关系、明确选配测量方法是选配实效激振力的关键；

[0014] a.确定合理的激振力范围；

[0015] 利用动应力理论、模型及公式，初算达到要求消除残余应力所需理论激振力；用ansys等软件建模，将工件的应力场和温度场耦合后进行了复算，进一步确认计算结果的正确性。复算与初算结果相符后，即在一个量级上，结合工件共振频率确定激振力范围；

[0016] 在确定合理的激振力范围后则可在有效范围内选配激振力；

[0017] b.确认工件结构与激振力的关系；

[0018] 激振力与其结构有密切关系，其基本关系为：工件刚性强，需要的激振力会增高；工件刚性弱，需要的激振力会降低；激振力越大越容易促发工件的震动；

[0019] 理顺了工件结构与激振力的关系，就可以根据工件结构调整激振力值。

[0020] c.明确选配测量方法

[0021] 工件残余应力测量方法为：从距焊缝一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测3个点，测截面数越多越好，并将数据记录在专用表格中；

[0022] 工件固有频率测量方法为：选择受力大的部位进行固有频率和振型分析，并将数据记录在专用表格中；

[0023] 第三步：根据所述第二步中的选配测量方法测量的数值，计算工件的残余应力值和确定工件的最佳震动频率范围，并根据工件的最佳震动频率范围，进一步确定工件的屈服强度；

[0024] 第四步：根据所述第三步中得到的残余应力值和屈服强度，计算工件的动应力值；

[0025] 第五步：选择合理的激振器档位进行时效试验，试验通过则激振力选配合理，试验失败则需重新调整激振器的档位，继续进行时效试验，直至通过试验。

[0026] 本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明高合格率地选配出激振力、激振频率均合格的时效激振力，并可得到以下结论：

[0027] a.工件结构、测量方法是影响时效激振力的几个主要因素；

[0028] b.理论建模及复算方法可有效确定激振力范围；

[0029] c.摸索激振力与工件结构之间的合理匹配关系，可以有效地提高激振力激振力选择的准确性；

[0030] d.明确选配测量方法，稳定残余应力测量的一致性，可以为激振力选配提供一致的选配基准，有利于提高激振力选配的准确性。

附图说明

[0031] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。

[0032] 图1为本发明的的流程图。

[0033] 图2为通用时效激振力选配工艺流程图。

具体实施方式

[0034] 如图1、图2所示，本发明一种频谱谐波时效技术激振力的选配方法，按以下步骤执行：

[0035] 第一步：技术分析；

[0036] 根据焊接结构件材质、产品结构，振动时效技术要求、时效原理、时效激振力选配工艺流程图和以往试验情况等资料进行分析，以得出时效激振力可否选配的初步结论；

[0037] 第二步：关键指标确定；

[0038] 确定合理的激振力范围、确认工件结构与激振力的关系、明确选配测量方法是选配实效激振力的关键；

[0039] a.确定合理的激振力范围；

[0040] 利用动应力理论、模型及公式，初算达到要求消除残余应力所需理论激振力；用ansys等软件建模，将工件的应力场和温度场耦合后进行了复算，进一步确认计算结果的正确性。复算与初算结果相符后，即在一个量级上，结合工件共振频率确定激振力范围；

[0041] 在确定合理的激振力范围后则可在有效范围内选配激振力；

[0042] b.确认工件结构与激振力的关系；

[0043] 激振力与其结构有密切关系，其基本关系为：工件刚性强，需要的激振力会增高；工件刚性弱，需要的激振力会降低；激振力越大越容易促发工件的震动；

[0044] 理顺了工件结构与激振力的关系，就可以根据工件结构调整激振力值。

[0045] c.明确选配测量方法

[0046] 工件残余应力测量方法为：从距焊缝一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测3个点，测截面数越多越好，并将数据记录在专用表格中；

[0047] 工件固有频率测量方法为：选择受力大的部位进行固有频率和振型分析，并将数据记录在专用表格中；

[0048] 第三步：根据所述第二步中的选配测量方法测量的数值，计算工件的残余应力值和确定工件的最佳震动频率范围，并根据工件的最佳震动频率范围，进一步确定工件的屈服强度；

[0049] 第四步：根据所述第三步中得到的残余应力值和屈服强度，计算工件的动应力值；

[0050] 第五步：选择合理的激振器档位进行时效试验，试验通过则激振力选配合理，试验失败则需重新调整激振器的档位，继续进行时效试验，直至通过试验。

[0051] 本发明中时效激振力选配工艺实施过程中，采取的通用时效激振力选配方法见图2。

[0052] 本发明高合格率地选配出激振力、激振频率均合格的时效激振力，并可得到以下效果：

[0053] a.工件结构、测量方法是影响时效激振力的几个主要因素；

[0054] b.理论建模及复算方法可有效确定激振力范围；

[0055] c.摸索激振力与工件结构之间的合理匹配关系，可以有效地提高激振力激振力选择的准确性；

[0056] d.明确选配测量方法，稳定残余应力测量的一致性，可以为激振力选配提供一致的选配基准，有利于提高激振力选配的准确性。

[0057] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0058] 某初容室属于大型铝合金筒型焊接结构件，运用频谱谐波时效技术消除和均化残余应力，选配合格的时效激振力。

[0059] 技术要求

[0060] 频谱谐波时效设备需满足控制器、激振器、拾振器等硬件技术性能指标，见表1。

[0061] 表1频谱谐波时效设备性能指标

[0062]

[0063]

[0064] 技术分析和工艺分析

[0065] 根据焊接结构件材质、产品结构，振动时效技术要求、时效原理、时效激振力选配工艺流程图和以往试验情况等资料进行分析，结果详见表2。

[0066] 表2工艺分析

[0067]

[0068] 以往试验情况分析

[0069] 对工件进行频谱谐波时效时，主要靠工件结构和重量进行激振力的大致判断和选择，直接进行时效处理，观察频率-加速度曲线，通过能否满足按兵器行业标准WJ2696-2008技术要求来确定各个时效激振力是否合适。

[0070] 实际测量分析

[0071] 在频谱谐波时效过程中，由于没有规定激振器激振力测量位置、测量点密度及测量范围，导致各激振力在测量方法上差异性很大，测量所得的数据在准确性、一致性方面较差，不具备可比性和参考性，这也间接加大了激振器激振力选配的难度。所以，没有明确激振力的选配测量方法是必须解决的工艺缺陷。

[0072] 关键指标确定

[0073] a、确定合理的激振力范围

[0074] 因工件为5A06铝合金，利用动应力理论、模型及公式（1），初算达到要求消除残余应力所需理论激振力为（2.45～3.43）kN。为了进一步确认计算结果的正确性，我们又用ansys软件建模，将工件的应力场和温度场耦合后进行了复算，结果显示原计算结果正确。为此，经复算并考虑实际工况后，将激振力控制在（2.45～3.43）kN以内。

[0075] b、确认工件结构与激振力的关系

[0076] 为了进一步确认以上因素间的关系，采用正交试验的方法进行了激振力优选试验，试验结果详见表3。

[0077] 表3正交试验结果统计

[0078]

[0079] 经分析试验结果，得出了工件刚性强，需要的激振力会增高；工件刚性弱，需要的激振力会降低；激振力越大越容易促发工件的震动。

[0080] c、明确选配测量方法

[0081] 明确工件残余应力测量方法为：从距焊缝一端10mm处向另一端顺序开始测量，相距≤60mm测一个截面，每个截面测3个点，测截面数越多越好，并将数据记录在专用表格中。

[0082] 明确工件固有频率测量方法为：选择受力大的部位进行固有频率和振型分析，并将数据记录在专用表格中。

[0083] 为了验证本发明在工件时效激振力选配工艺中应用的正确性，将其在试验件工件中进行了实施。按照图1所示的工艺流程实施并修正后，得到了以下结果，详见表4。

[0084] 表4第二批选配试验结果统计表

[0085]

[0086] 由第二批选配试验结果统计表可以看出，只要符合结构与激振力的匹配关系，试验指标一般可以达到。因此，锁紧套选配工艺是合理的。

[0087] 上面结合实施例对本发明的工艺过程作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。