采用振動時效工藝預(yù)防柴油機(jī)機(jī)體變形

某廠新研發(fā)了一款w型大功率電噴柴油機(jī)，在進(jìn)行性能試驗(yàn)后，對機(jī)體尺寸精度及各項(xiàng)形位公差進(jìn)行重新檢測，發(fā)現(xiàn)機(jī)體變形嚴(yán)重。而產(chǎn)生變形的原因之一就是殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力主要包括機(jī)體鑄件殘余應(yīng)力和冷加工殘余應(yīng)力的矢量和，所以需要對柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理。經(jīng)過多次研究討論后，決定采用振動時效工藝消除機(jī)體殘余應(yīng)力，并對振動時效前后的殘余應(yīng)力值進(jìn)行檢測，定量判斷振動時效效果。
柴油機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)
柴油機(jī)機(jī)體是v型結(jié)構(gòu)，油管為襯管鑄造，外形尺寸為4500*1480*1390，機(jī)體材料為球墨鑄鐵。w型柴油機(jī)機(jī)體是一個滿足較大強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)的整體鑄造件，用來安裝曲軸、凸輪軸、動力組和其他安裝在柴油機(jī)上的附件，鑄件還包括安裝座。內(nèi)部通道有主機(jī)油道和冷卻水通道。
退火并粗加工后機(jī)體殘余應(yīng)力測試
盲孔法是常用的殘余應(yīng)力測試方法之一，易于現(xiàn)場操作，精度高。本次采用盲孔法對退火并粗加工后機(jī)體進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，儀器為聚航科技生產(chǎn)的jhmk殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)。
試件的選取
隨機(jī)取一臺經(jīng)過退火處理并經(jīng)過粗加工的柴油機(jī)體，粗加工后機(jī)體留量2mm作為測試的試件。
測點(diǎn)布置
在機(jī)體的側(cè)面、**面及斷面各布置9個測點(diǎn)，測得的的數(shù)據(jù)見表1。
表1 w型柴油機(jī)機(jī)體應(yīng)力檢測
點(diǎn)號
ε0
ε45
ε90
ε⊥
ε//
1
195
103
75
-167
-157
2
171
168
76
-171
-124
3
247
128
75
-236
-150
4
147
98
158
-180
-185
5
70
122
183
-123
-179
6
108
43
79
-119
-105
7
158
131
151
-187
-183
8
189
157
159
-216
-201
9
298
177
135
-300
-219
應(yīng)力水平
-188.7
-167
殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)分析
由表1可知，粗加工后機(jī)體內(nèi)應(yīng)力水平不算太高，但是有個明顯的特點(diǎn)，即應(yīng)力分布不均勻，如垂直機(jī)體長度的方向的應(yīng)力ε⊥中，*9點(diǎn)為-300mpa，而較小的*6點(diǎn)只有-119mpa。這種不均勻分布是造成結(jié)構(gòu)易變形的根源，需要粗加工后進(jìn)行處理，降低均勻殘余應(yīng)力。
振動時效工藝
根據(jù)機(jī)體長寬高比率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析它的共振頻率較高。根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(xué)的原理，工作時其支撐位置應(yīng)盡量選在機(jī)體共振時的節(jié)線處，以保證工件共振時不消耗能量和產(chǎn)生噪聲。根據(jù)國內(nèi)外振動時效工藝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)工件的長與寬之比大于3，長與厚之比大于5時，則認(rèn)為工件是梁型，在機(jī)體一側(cè)距兩端各2/9處用兩位支撐，機(jī)體另一側(cè)居中處用一位支撐。
將激振器裝夾在輸出端臺面右側(cè)，拾振器放在工件左**。
振動時效工藝參數(shù)的選擇
設(shè)備采用聚航科技的jh-300a振動時效設(shè)備，將機(jī)體放置好，然后將激振器剛性固定連接到振動時效設(shè)備上。調(diào)整激振力的檔級，開始放在較小為宜。根據(jù)初步估算，動應(yīng)力較大的點(diǎn)在工件**，打磨并安裝拾振器，上述準(zhǔn)備工作完成后，開始選擇振動時效工藝參數(shù)，過程如下：
1.使用該設(shè)備的手動調(diào)頻，同時觀察控制器繪制的曲線。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)共振現(xiàn)象時，振幅頻率將出現(xiàn)一個波峰，動應(yīng)力的曲線也將出現(xiàn)一個較大值，一直掃頻到設(shè)備的額定頻率。
2.觀察在設(shè)備允許的范圍內(nèi)機(jī)體出現(xiàn)的共振次數(shù)及其共振頻率和在共振情況下動應(yīng)力的較大值。
3.觀察在每個共振頻率下機(jī)體的共振形式，以調(diào)整支撐位置到節(jié)線上。在停機(jī)后再適當(dāng)調(diào)整激振器的位置，使機(jī)體產(chǎn)生較大的振幅。并根據(jù)動應(yīng)力測試的結(jié)果，多次反復(fù)調(diào)整激振器的偏心檔級。
4.根據(jù)上述試振情況，確定了試驗(yàn)性振動處理工藝參數(shù)，包括激振頻率。激振檔級等主要參數(shù)作為試振時的處理參數(shù)；
5.最后是試振，用上述方法選擇的參數(shù)對被試油底殼進(jìn)行全程振動時效處理，觀察振動加速度的變化規(guī)律，時間-振幅曲線應(yīng)是上升、上升-下降、下降型三種中的一種，振幅-頻率曲線上的共振峰應(yīng)該是升高并左移，如果均符合要求，則該組曲線即可作為機(jī)體初定工藝參數(shù)。
柴油機(jī)機(jī)體取兩件，其中一件做工藝參數(shù)的選擇，另一件是用反復(fù)試振選擇一組參數(shù)處理，并做振前振后的殘余應(yīng)力測試，得出消除率來檢驗(yàn)參數(shù)的合理性，較終確定工藝參數(shù)。
殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)分析
對振動處理后的機(jī)體做殘余應(yīng)力測試，結(jié)果見表2。從數(shù)據(jù)中可知，振動時效處理后機(jī)體的殘余應(yīng)力得到了降低，應(yīng)力得到明顯的均化。其降低率在40%以上，說明達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，振動處理有效。
表2 w型柴油機(jī)機(jī)體振動時效前后殘余應(yīng)力數(shù)值
振動時效后
σ⊥
%
σ//
%
點(diǎn)號
ε0
ε45
ε90
振前
振后
消除率
振前
振后
消除率
1
75
2
85
-167
-105
-157
-89
2
77
70
55
-171
-81
-124
-79
3
112
119
52
-236
-104
-150
-95
4
118
122
59
-180
-112
-185
-103
5
77
36
58
-123
-85
-179
-79
6
84
74
37
-119
-76
-105
-71
7
103
93
84
-187
-114
-183
-112
8
69
115
129
-216
-124
-201
-117
9
166
139
68
-300
-147
-219
-136
應(yīng)力水平
-188.7
-105.5
-44.1
-167
-97.8
-41.4
總結(jié)
1.鑄件中的殘余應(yīng)力是造成鑄件變形和開裂的主要原因之一。研究表明，粗加工后的柴油機(jī)機(jī)體采用振動時效處理工藝，可有效地降低柴油機(jī)機(jī)體鑄件的殘余應(yīng)力，完全符合gb/t25713-2010標(biāo)準(zhǔn)要求。
通過振動時效處理，降低鑄件中的殘余應(yīng)力，有效地防止了柴油機(jī)機(jī)體的變形，可用于w型柴油機(jī)機(jī)體批量生產(chǎn)中。
南京聚航科技有限公司專注于應(yīng)變儀,殘余應(yīng)力檢測儀,殘余應(yīng)力消除設(shè)備等