振动时效工艺在煤矿机械上的应用

长期以来，煤矿机械中大量的焊接件、锻件及铸件在加工过程中均需进行去应力退火，即热时效处理，其主要目的是降低残余应力，减小变形，避免开裂。这种方法虽然可以消除大量的残余应力，但也有许多不足之处，不仅周期长、成本高、污染大。而且，由于处理质量可控性差，处理后还会产生缺陷。因此，厂家一直在探索更高效、节能的方式来代替热时效。振动时效就是其中的一种。

振动时效处理过程

一般来说，当工件进行振动时效处理时，具体过程如下；

1. 先将工件平稳地放在橡胶垫上，然后将激振电机和加速度计紧紧地安装在工件上。

2. 在适当的频率范围内开始第一次扫频，首先，在自动模式下，通过控制器利用加速度计的输出信号，结合激振电机转数，确定出最佳工作频率；

3. 工件在选定的一个或几个最佳工作频率下振动，直到其动态参数的变化趋于稳定，如加速度幅值增大、共振峰左移、带宽变窄及激振电机电流减小等。这些动态参数的变化可作为判定振动时效效果的依据。

4. 时效完成后，紧接着开始第二次扫频，其目的主要是让控制器收集有关应力消除效果的信息，打印出时效曲线。

工艺参数及效果判断

主振频率确定

构件的固有频率与构件的质量、刚度、形状、内应力及材质等因素有关。在扫描过程中，会出现几个幅峰，幅峰大而频率最低的峰即是一阶共振频率。在一阶共振区内共振峰的前沿，即最大加速度值1/3-2/3点的频率，称为主振频率。

激振力的确定

激振力的大小是通过工件承受动应力的大小来衡量的，调节激振力的大小即动应力的大小，可用动态电阻应变仪来测量，在主振频率下的最佳动应力，焊接结构件为70-100MPa，铸铁件为15-35MPa，钢件为50MPa。

工件的激振点及支撑点的确定

激振器应安装在工件振动的波峰处，支撑点应选择在波节处，传感器应安装在远离激振器的另一波峰处。

激振时间的确定

激振时间是由残余应力的降低和均匀化、工件的固有频率、工件振动所显示的振幅、动应力的变化等参数来确定的。一般范围是20-40min。

振动时效工艺参数配合选择

工件在扫描时找固有频率是一个复杂的过程，需由振动力的大小、激振点、支持点及传感器安装位置互相配合，才能找到工件的固有频率，进行有效的振动时效。

振动时效的工艺效果判断

如果出现下列情况之一，即可判定为达到振动时效工艺效果。

1. 振幅时间（A-t）曲线中，工件振幅稳定在某一值2-3min。

2. 振幅频率（A-f）曲线振后的比振前的峰值升高。

3. 振幅频率（A-f）曲线振后的比振前的峰值点左移。

4. 振幅频率（A-f）曲线振后的比振前的带宽变窄。

在煤机产品中的推广应用前景

1.在煤矿机械产品中，大型设备占有相当大的比例，其中包括许多大型锻件、焊接件、铸件，如掘进机切割头悬臂梁、采煤机切割部悬梁、减速机壳体、液压支架底座、掩护梁及顶梁等。由于条件的限制，热处理后构件内残余应力峰值仍然较高。一些焊接构件因条件限制只能进行自然时效处理，或不进行任何处理，因而在生产实际使用中，会出现一些断裂或开焊现象。不仅影响生产，而且有很大的安全隐患。如果在这些煤机制造工艺中采取振动时效代替热时效和自然时效，使该工序标准化，有效降低和均化构件内的残余应力，降低企业成本，将给制造厂家和煤矿安全生产节约大量资金，进一步提高企业效益，增强在国际市场中的竞争力。

2.在煤矿机械产品中，大量的配件其性能与国外产品性能相比，普遍存在着寿命短的问题，主要原因是国内产品韧性不足、残余应力峰值较高以及生产工艺落后。如果在未来配件生产中引入振动时效代替热时效，将会延长这些产品的寿命，既节约生产费用，又给安装生产带来一定的保证。

结语

实践证明，振动时效具有投资小、周期短、能耗低、方便实用等特点，它对工件大小和质量没有限制，可在现场实施，是一项可以直接应用于生产的新技术，一旦使用将会产生巨大的经济效益。