振动时效的数值模拟文献综述.doc

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1、文献综述振动时效的数值模拟1前言部分金属的焊接、淬火、铸造、机加工等工艺过程都会使构件产生残余应力。残余应力的存在降低了构件的使用和疲劳寿命，增强了应力腐蚀作用。为了消除应力，人们经常利用传统的方法热吋效(TSR)和自然吋效(NSR),自然吋效虽不耗能,但周期太长,不适应大批量生产。热吋效，其周期较自然吋效大为缩短，应用广泛，吋效设备耗能高，劳动条件差，有的还污染环境，机械化自动化水平也不高，且其对能源的需求量也急剧丄升，严重影响了我国建设节约型社会的步伐。如何既保证经济快速增长又能减少能源消耗将是摆在我国政府面前一个非常棘手的问题。大力开发新技术，广泛采用新技术替代

2、落后工艺技术将是一种非常有效的手段。然而这两种方法在全球工业化快速发展的今天已经满足不了人们的需求，跟不上吋代的步伐了。相对以上两种吋效方法，一种新的、吋尚的、简单的、方便的吋效方法——振动吋效(VSR)被广大企业所青睐。振动吋效，是将工件在固有频率下进行数分钊『至数十分钟的振动处理，消除其残余应力，获得尺寸精度稳定性的一种方法，具有耗能少、吋间短、环保、效果显著等特点。同TSR和NSR相比，振动吋效具有工艺简单、设备轻便、携带方便、低能耗、无“三废”、易操作、成本低、可处理大尺寸工件、通用性广等特点。振动吋效的基本思想是通过对应力工件施以交变循环载荷，使工件内残余应

3、力释放，从而使工件残余应力降低，尺寸稳定下来而达到吋效之H的。由于其降低残余应力效果与热吋效相九工件尺寸稳定性、抗疲劳强度极限还优于热时效，加上无需建一系列热吋效所需固定设备、生产周期短、处理地点灵活、投入少、耗能小(据统计，振动吋效的能耗约为热吋效的2%以下，生产费用约为10%以下)、唯一可以进行二次吋效的工艺，因此许多国家已经把振动吋效作为一项某些机械构件必须采用的标准工艺。由此可见振动时效技术的推广应用有着重大和深远的意义，尤其是在当今能源短缺的年代。在生产实践屮发现，振动吋效不仅可以消除工件的残余应力，振动时效后工件的强度指标也有很大提高。这就启发我们，对工件

4、进行振动处理，从而使材料得到强化。振动吋效的特点：(1)投资少与热吋效相比，它无需庞大的吋效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。现代工业屮的大型铸件与焊接件，如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉，不仅造价昂贵，利用率低，而且炉内温度很难均匀，消除应力效果差。采用振动时效可以完全避免这些问题。(1)生产周期短自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成，血振动时效一•般只需振动数十分钟即可完成。血且，振动吋效不受场地限制，可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更紧凑，而且可以消除加工过程中产生的应力。(2

5、)使用方便振动设备体积小，重量轻，便于携带。由于振动处理不受场地限制,振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强。(3)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，功率为0.25—1.0马力的机械式激振器可振动150t以下的工件，故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3%—5%,成本仅为热时效的8%—10%o(4)振动时效操作简便，易于实现机械化自动化，可避免金屈零件在热时效过程屮产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷，是H前唯一能进行二次时效的方法。2主题部分(1)国外发展现状在现实屮振动吋效被广泛应用于各行各业，在短短的50

6、年里，振动吋效技术得到了迅速的推广和方展。美国就在1983年采用振动吋效技术的就有700多家企业，现在发达的欧美国家均以不同程度的运用到航空、海洋、机床、钻探、纺织、化工、汽车、石油等各种缎、铸、焊金属构件的处理屮。在英国，某机床公司生产大型精密机床，其床身与立柱要求精度能够达到0・01mm/2nio过去采用热吋效其精度保持性较差，后来改用振动消除残余应力，满足了精度要求，因此现在已将振动消除残余应力定位该项产品的标准工艺。英国喷气发动机火焰筒衬里，由于焊后热膨胀而发生裂纹，报废率占30%以丄，后来采用振动吋效工艺，报废率几乎为零。在美国，PX工程公司，用振动吋效来消

7、除8吨重的焊接结构齿轮的内应力，用以减少焊接裂纹；PontLand电子专业公司，用振动时效处理4吨重的锻件毛坯，对锻件进行三次振动处理：毛坯、粗加工后、糟如工后。保证了锻件的稳定性。华盛顿钢铁公司，对该公司生产的47吨重的剪床座进行振动处理。剪床座是用152mni至203ram厚的钢板焊成，加强筋为38mm至76fdm。这样大而重的构件只用40分钟的振动处理就代替了过去的热吋效处理。西北工艺公司对1800吨重的海洋铁塔及1280吨重的钻井平台也采用振动消除残余应力处理。文献对焊接件进行振动消除残余应力效果分析，再次用事实证明了它比热处理更有效。美、英