振動時效工藝在鐵路客運工程中的應用

某新建鐵路客運專線基礎工程采用新式crtsi型板式無砟軌道系統(tǒng)。在模具工裝焊接制作過程中，產生了大量的殘余應力，容易使模具產生變形及開裂。因此焊接之后，機械加工之前，應及時對工作平臺進行時效處理，消除和均化其內部焊接殘余應力，防止平臺在后期機械加工乃至使用過程中產生變形和開裂，確保工裝尺寸精度。此次采用振動時效工藝消除模具工裝殘余應力，根據振動參數曲線法判斷振動時效效果。
振動時效工作原理
振動時效的實質是以共振的形式給工件施加附加動應力，當附加動應力與殘余應力疊加后，達到或**過材料的屈服較**，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內部的殘余應力，并使其尺寸精度達到穩(wěn)定。
振動時效設備選型
針對模具工裝結構特點、規(guī)格尺寸、重量、形狀等參數，決定購買聚航科技的jh-700a2振動時效設備，較大激振力為35kn；調速范圍1000-12000r/min；可處理工件重量較大30t；加速度測量范圍：0-199.9m/s2。主機彩色液晶屏顯示a-n、a-t曲線及參數變化，設備具有動態(tài)跟蹤功能，振動時效處理完畢后，打印在線數據及曲線，自動判別出具評定報告。
振動時效處理工藝
處理工件結構
無砟軌道模具工裝主要由1件工作平臺和9件橫梁架通過螺栓連接組成，重量約計8435kg，其中工作平臺重量為4558kg。工作平臺三維實際尺寸為5017mm*2389mm*530mm，材質為q235，整體呈矩形框架方塊焊接結構，框架內部橫、縱、對角斜撐筋板之間具有表面拉伸殘余應力。
振型、支撐、裝夾位置確定
首先，分析預測工作平臺可能出現的振型。工作平臺在振動時效時是一個振動體，它與其支撐用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個振動系統(tǒng)。當系統(tǒng)進行自由振動時，根據振動學原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質量、剛度和阻尼有關。
工作平臺的固有頻率可通過振動時效設備來測定。彈性橡膠墊支撐位置和激振器裝夾位置總的原則是：支撐墊應放在工作平臺可能出現振型的波節(jié)處，激振器應放在工作平臺振型的波峰處，用夾具與工作平臺剛性的卡在一起；加速度計應放在遠離激振器的另一個波峰處。該工作平臺下地面四角為振型波峰位置，而下底面四邊中點位置就是振型波節(jié)點。所以在工作平臺下底面四外邊中點處放置橡膠墊，確保工作平臺的支撐平穩(wěn)、安全，另將激振器與傳感器分別放置于上平面相鄰較遠的對角處。
激振器偏心距確定
激振器偏心距的選擇，應由小到大調整激振器頭部偏心輪角度，使工作平臺在較大工作轉速區(qū)間內產生共振。經不斷調整，最后將偏心輪角度設定在13°，振前掃描加速度值達到94.0m/s2，此時振動時效設備測定工作平臺固有共振頻率為3885r/min，即64.8hz。
振動時效時間確定
數據表明，振動消除殘余應力大部分是在前5min內完成的，5min之后的處理效果就不明顯。為此，一般按表1選擇振動處理時間。
工件重量（t）
＜1
1-3
3-6
6-10
10-50
＞50
振動時間（min）
8
15
15
20
25
30-40
考慮本工裝平臺剛度較大，振動不是很激烈，在主振操作時，延長5min的振動時間，即設定主振時間20min。
參數曲線觀測法
振后掃描并打印數據；加速度峰值達到130.240m/s2，共振頻率降至3855r/min，即64.2hz，加速度峰值升高130.24-94.0=+36.24m/s2。在振前、振后掃描（a-n）曲線對比圖中，得知加速度峰值左移3855-3885=-30r/min。在時效過程（a-t）曲線圖中，得知加速度值隨時間前8min緩慢從52m/s2上升至94m/s2，后猛跌至40m/s2，而后曲線平緩，數值不再變化。根據gb/t25713-2010標準得出振動時效效果良好。
振動時效不僅消除殘余應力的效果好于熱時效，而且操作方便、工藝簡單、節(jié)能環(huán)保。并且在提高金屬結構尺寸精度穩(wěn)定性方面具有明顯的效果。
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