盤類鑄件振動(dòng)時(shí)效工藝研究

工件形狀不同，其振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)也不同。聚航科技以盤類鑄件為試驗(yàn)對象，根據(jù)試件振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)與其結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)和試件殘余應(yīng)力分布情況等關(guān)系進(jìn)行理論分析和試驗(yàn)研究，提出合理有效地振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)優(yōu)化方法，促進(jìn)振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的推廣應(yīng)用。

振動(dòng)形態(tài)的測試分析

利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)可以準(zhǔn)確、方便的測得構(gòu)件的固有振動(dòng)形態(tài)，我們使用MODAL4.1試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)對3種典型盤類鑄件進(jìn)行模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)，得到盤類零件的振動(dòng)形態(tài)。其中c、d兩個(gè)振型半徑方向具有均勻分布的彎曲振動(dòng)變形，類似于鼓型，我們稱之為鼓型振型。而另兩個(gè)a、b振型沿圓周方向具有均勻分布的彎曲振動(dòng)變形，類似于馬鞍形，故稱其為鞍型振型。

振動(dòng)形態(tài)的選擇

測試圓盤形鑄件由于功能和強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，圓盤表面有加強(qiáng)筋，這些加強(qiáng)筋使得鑄件結(jié)構(gòu)形狀尺寸發(fā)生突變，必然造成殘余應(yīng)力在這些位置的集中，根據(jù)彈性力學(xué)理論可知，該鑄件殘余應(yīng)力在半徑方向σ較大，而周向應(yīng)力σ較小，在進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效工藝時(shí)，應(yīng)該主要消除半徑方向的殘余應(yīng)力。

上述所講的盤類鑄件的固有振動(dòng)形態(tài)中a、c兩種振型主要在軸向發(fā)生振動(dòng)變形，則主要產(chǎn)生周向動(dòng)應(yīng)力，而b、d兩種模態(tài)振型主要在半徑方向發(fā)生振動(dòng)變形，產(chǎn)生徑向動(dòng)應(yīng)力，依據(jù)鼓型和鞍型兩類振型，其振動(dòng)時(shí)效方法可以定位為兩類；①鼓型振動(dòng)，將激振器夾持在圓盤中心孔的邊緣，彈性支撐在圓周上的3個(gè)節(jié)點(diǎn)處，整個(gè)系統(tǒng)與敲擊鼓面的振動(dòng)方式相類似，其振動(dòng)形態(tài)可以選擇b、d模態(tài)振型；②鞍型振動(dòng)，將激振器夾持在圓盤中心孔邊緣或圓周的邊緣，彈性支撐仍然在底面圓周上的3個(gè)節(jié)點(diǎn)處整個(gè)系統(tǒng)作馬鞍形彎曲振動(dòng)，其對應(yīng)的振動(dòng)形態(tài)為a、c模態(tài)振型。

對于測試圓盤鑄件，應(yīng)選擇鼓型振動(dòng)時(shí)效方式，以在徑向產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)力，使半徑方向的殘余應(yīng)力得到有效地消除和均化。

振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)確定

激振頻率

激振頻率的選擇是產(chǎn)生共振的關(guān)鍵，由于低階振型容易激發(fā)，各部位振動(dòng)變形均勻且幅值較大，加之國產(chǎn)的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備大多采用偏心式激勵(lì)結(jié)構(gòu)，激勵(lì)頻率受限，因此在選擇振動(dòng)模態(tài)時(shí)，應(yīng)選擇滿足振型要求的低階動(dòng)模態(tài)，同時(shí)，根據(jù)構(gòu)件殘余應(yīng)力分布特點(diǎn)選擇振型即所選振型，應(yīng)使試件上應(yīng)力較為集中的部位或方向都有均勻且幅值較大的振動(dòng)變形，以產(chǎn)生足夠的動(dòng)應(yīng)力，并以該階振型對應(yīng)的固有頻率作為激振頻率。

激振點(diǎn)

振動(dòng)時(shí)效過程中，激振點(diǎn)也是影響時(shí)效效果的關(guān)鍵參數(shù)，研究表明，將激振點(diǎn)安置所選振型的波峰處可以產(chǎn)生較好的效果，且節(jié)省能源。

支撐點(diǎn)

支撐點(diǎn)位置應(yīng)該放置在所選振型的節(jié)點(diǎn)位置，這樣可以減少支撐對工件振動(dòng)形態(tài)的影響，使試件充分自由的振動(dòng)。

激振力

由于選定了試件的低階固有頻率激振，故較小的激振力即可激勵(lì)起足量的振動(dòng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取試件重量的1/10作為激振力幅值。

激振時(shí)間

試驗(yàn)表明，激振時(shí)間對振動(dòng)時(shí)效技術(shù)效果的影響不很明顯，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大件取30min，中小件取10min-20min。

總結(jié)

盤類鑄件的振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)試件的殘余應(yīng)力分布情況，可分別選擇鼓型振型和鞍型振型作為參數(shù)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，即當(dāng)殘余應(yīng)力以徑向分別為主時(shí)，應(yīng)采用鼓型振型；當(dāng)殘余應(yīng)力以周向分布為主時(shí)，應(yīng)選擇鞍型振型。