某工廠是生產(chǎn)石油機(jī)械和煉油化工設(shè)備的廠家，其中，生產(chǎn)抽油機(jī)所需的鑄鐵件，種類繁多，時(shí)效量大。例如灰鑄件曲柄，就有50多個(gè)品種。由于在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中，曲柄件內(nèi)部產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，影響到曲柄的尺寸精度和使用性能，因此必須進(jìn)行時(shí)效處理。
傳統(tǒng)的鑄鐵件時(shí)效方法為熱時(shí)效，但這種時(shí)效方式耗能大、成本高、污染環(huán)境，且爐溫均勻性差，容易產(chǎn)生二次殘余應(yīng)力。為了節(jié)約能源，降低成本，廠家選擇了振動(dòng)時(shí)效新技術(shù)來(lái)代替熱時(shí)效方法。
振動(dòng)時(shí)效工藝操作定及結(jié)果判斷
試驗(yàn)前的準(zhǔn)備
首先，測(cè)試件選擇了一個(gè)具有代表性的曲柄件。材質(zhì)HT250，外形尺寸3385*800*230mm，重3440kg。設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-700A交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，采用高速變頻伺服電機(jī)，激振力大、壽命長(zhǎng)、時(shí)效效果好。
在初步確定工藝方案時(shí)，將曲柄用四個(gè)橡膠墊平穩(wěn)地支撐在工作臺(tái)上，激振點(diǎn)選在曲柄的一端，加速度傳感器放在曲柄的另一端。 在曲柄表面散上沙粒，啟動(dòng)振動(dòng)時(shí)效裝置。偏心輪檔位選擇從1檔開(kāi)始，然后逐步遞增1檔，直至找到共振頻率，并分別進(jìn)行第一次掃描試驗(yàn)。
振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)的確定
振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)選擇主要包括以下7個(gè)內(nèi)容：①支撐點(diǎn)的選擇，②激振點(diǎn)的選擇，③偏心輪檔位選擇，④加速度傳感器安放位置，⑤主振頻率的確定，⑥振動(dòng)時(shí)間的確定，⑦激振力的選擇。
支撐點(diǎn)的選擇
當(dāng)偏心檔選擇7檔時(shí)，曲柄出現(xiàn)共振現(xiàn)象，沙粒產(chǎn)生劇烈的跳動(dòng)，沙粒聚攏外為波谷，反之為波峰。因此，根據(jù)第一次掃描結(jié)果，支撐點(diǎn)選在距曲柄兩端大約800mm的位置，以便減小振動(dòng)能量而獲得較大的振動(dòng)幅值。
激振點(diǎn)的選擇
激振點(diǎn)選在共振的波峰處，即曲柄的右端，將激振器用C型夾具固定。
偏心輪檔位選擇
偏心輪檔位選擇7檔最為合適。
加速度傳感器安放位置
傳感器擰上磁座，將其吸附在曲軸共振時(shí)的波峰處。
主振頻率的確定
一般情況下，時(shí)效處理可在一階亞共振區(qū)進(jìn)行，亞共振區(qū)是指共振峰前沿，這樣可以避免應(yīng)變的硬化、軟化和疲勞損壞，并且振動(dòng)效果穩(wěn)定。當(dāng)偏心輪選擇7檔時(shí)，才能找到曲柄共振頻率為3920rpm。其他檔位由于電機(jī)過(guò)載而停機(jī)，因此，主振頻率確定為3820rpm最為合乎要求。
振動(dòng)時(shí)間的確定
據(jù)資料介紹，鑄件重量在1-4.5噸時(shí)，振動(dòng)時(shí)間為20-30分鐘。在試驗(yàn)過(guò)程中，取振動(dòng)時(shí)間為20、25和30分鐘，分別進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，其結(jié)果見(jiàn)圖1。
激振力的選擇
激振力的選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的不同材質(zhì)、幾何形狀以及重量等因素來(lái)確定所需要的激振力大小。轉(zhuǎn)速為3820r/min，檔位為7檔時(shí)，激振力為700kgf。
時(shí)效結(jié)果判斷
圖1 曲柄特性曲線比較
從圖1可以看出，當(dāng)振動(dòng)時(shí)間為20、25分鐘時(shí)，時(shí)效效果不明顯，而當(dāng)時(shí)間為30分鐘時(shí)，幅值升高、頻率左移、頻帶變窄，判斷為時(shí)效效果最佳。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)也證明，振動(dòng)時(shí)間取30分鐘最為合適，這樣保證了曲柄的尺寸精度和使用性能。
另外，我們對(duì)多個(gè)不同規(guī)格的曲柄也進(jìn)行了振動(dòng)時(shí)效處理，結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目的。通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)應(yīng)用，我廠認(rèn)為采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)處理曲柄件是切實(shí)可行的。
結(jié)論
⑴應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)和熱時(shí)效相比較，耗能低、成本低、生產(chǎn)周期短、效率高、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
⑵振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，適用于我廠生產(chǎn)的各種曲柄件。
