刺绣机机架振动时效去应力研究

刺绣机机架在生产过程中会产生大量的残余应力，如果不进行消除应力，在使用的过程中会因焊接残余应力的释放而造成局部变形，影响其工作性能。传统的消除残余应力方法是采用热时效，但因其消耗大量人力物力等缺点，急需寻找其他新的方法代替。本文就是研究振动时效去应力工艺，通过试验来验证其可行性。

测试工件介绍

被振工件：12机头电脑绣花机架

机架参数：L：6138mm    W：1195mm

H:850mm      M:1121kg

机架材质：0235钢       焊材：T442

振动时效去应力方案

理论上，只要动应力在任何振动频率下足够大，被振机架就能达到均化残余应力和稳定尺寸的效果。然而，根据振动理论可知，在工件的共振频率下进行振动，振动处理时间短，时效效果好，能量消耗也最小。同时，也要避免因局部动应力集中而引起的机架开裂破坏。本文根据机架的形状和构造确定两种振型来对机架进行共振处理：扭曲振动和弯曲振动。

由材料力学分析可知，在相同的载荷下距机架两端1/5处弯矩最小，即此位置为机架的振型节线。将垫块放置在这里时，机架将容易起振，也易获得较好的振动效果。

扭曲振动

将激振器固定于机架一端，激振器偏心轮旋转平面垂直于支点平面，从而使整个机架呈扭曲运动，加速度传感器放在机架中点，以获得较高的振动信号。

弯曲振动

将激振器固定在机架中点，激振器偏心轮旋转方向与支点平面平行，加速度传感器放在机架一端，以获得较高的振动信号。

振动时效去应力工艺实施

振动时效是可以进行二次时效的方法，为*大消除应力，本文对同一工件采用了两种振型分别施振。在振动前，需要先对机架扫频以确定激振频率，选择合适的激振力，并开启振动。理论上讲，振动时间越长，振动消除的应力也越大。然而，由于振动本身是一个重复加载过程，必然以降低工件的疲劳寿命为代价。因此，在应用中振幅稳定后应停止振动。本次实验采用聚航科技生产的JH-200A全自动振动时效设备，具有自动、手动、设定三种控制模式，我们选择自动模式，当振幅稳定后可自动停机，以下是两次振动的具体参数

振动时效效果判定

振动时效效果主要是指构件振动后残余应力消除、均化以及抗变形能力的提高和尺寸精度的稳定化。振动时效效果评定方法有三种：参数曲线观测法、残余应力测量法和精度稳定性检测法。本文根据构件特点并考虑到其他条件的因素，不采用精度稳定检测法，而改用动应力测量法。

本文在机架上选取10个测点进行残余应力测量，振前5个、振后5个。2个测点进行动应力测量。

曲线观测法

从两次振动时效曲线图可以看出，加速度时间曲线上升后下降然后变平，振后加速度转速曲线比振前的峰值升高且峰值点左移，根据JB/T5926-91中规定可知振动方案有效。

残余应力测量法

测量结果表明：焊后残余应力水平不很高，振动前后机架的*大残余应力σ_max平均值下降31%，主应力差平均值Dσ下降15%。但同时注意到测点1的数值振后反而升高，这可能由于该点处在机架端部，而此处刚性较大，动应力相对较小，故消除应力效果不明显；另外，机架端部焊缝集中，应力场复杂，鉴于振动前后测点并不完全重合，而是有一定的距离，故测得的数据不能反应实际状况。总体测试效果表明，经振动时效工艺后机架的残余应力明显下降，应力分布得到一定程度的均化，机架稳定性和抗变形能力得到提高，本次试验方案取得良好效果。

动应力测量法

试验结果表明，当动应力大于10MPa时就可以获得消应力效果。而从测量的数据看刺绣机架的动应力幅值为33-47MPa，这说明振动时效工艺可靠。

结论

1. 根据JB/T5926-2005标准，用工艺曲线和扫频曲线进行振动时效工艺效果评定，结果证明工艺有效。

2. 用盲孔法对机架进行残余应力测量，结果表明，经过振动时效刺绣机机架的*大残余应力σ_max平均值由117MPa下降到80MPa，下降31%，说明工艺效果良好。

3. 用动应力方法对工艺效果评定，结果表明，两次振动的残余应力下降量分别为67MPa及38MPa，总下降为45%，也说明振动时效去应力效果有效。

实践经验表明，振动时效去应力效果一般在20%-50%之间，但考虑到机架为大钢梁构件，焊缝不多且分布也不复杂，因而，其原始残余应力水平较低（平均应力约110MPa）。鉴于这些因素，可以认为本次试验的消应力效果是良好的。