薄壁件表面应力松弛均化的时效分析与实验

为了使7075铝合金薄壁件表面喷丸加工应力得到松弛和均化,运用ANSYS建立平台式振动时效有限元模型,通过振动模态和谐响应分析,获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上,将薄壁框架件置于平台上进行振动时效处理,以验证仿真分析结果,评价其对试样表面应力作用效果。结果表明:在亚共振频率为112Hz时,试样在平台零振幅和最大弯曲位置处分别对称布置,时效后表面均形成应力松弛,松弛率分别为29.5%和33.3%,不均匀波动分别为20.3%和20.7%,而沿振动方向松弛程度不均匀,说明激振力造成了材料表面组织屈服,且屈服程度与应力强度有关。提出再时效-位置交叠方法,使应力松弛不均匀度分别下降到9.9%和15.9%,应力均化得到改善,该研究工作为薄壁类零件表面应力均匀化提供了参考。     

振动时效对结构件材料表面完整性的影响

为揭示平台式振动时效对结构件材料表面完整性性能——表面残余应力、硬度及微观组织的影响，以7075铝合金薄壁件为研究对象，运用ANSYS构建平台式振动时效(vibration stress relief, 简称VSR)有限元模型，通过模态分析获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上，将3个薄壁框架件置于平台不同位置进行VSR处理，得到其试样表面应力的松弛效果。结果表明：亚共振频率为112 Hz时，在激振源的中间位置和最大振幅位置处试样应力释放效果最好，其应力释放率最大为27%；电子背散射衍射（electron backscattered diffraction，简称EBSD）电镜观察发现，时效后表面组织晶粒存在明显取向区变化，晶粒成长带来能量的变迁以及位错的增殖，再结晶晶粒的增多提升了表面性能，使得材料表面硬度得到10%~17%的强化。研究表明，平台式振动时效能够改变和优化材料表面完整性。     

高强度钢板残余应力振动时效消减技术试验研究

根据振动时效(Vibration stress relief,VSR)原理,采用高频振动台作为振动时效的激振装置,设计安装于振动试验台、用于给钢板施加面内拉伸载荷的钢板张力加载机构,在实验室搭建出钢板振动时效试验研究平台,对振动时效消除高强度钢板残余应力的有效性进行试验研究。在VSR处理前后采用X射线衍射方法对马氏体高强度钢板和试验对照用T2镀锡基板的表面残余应力分布进行测量表征,并同时对试样的板形瓢曲和翘曲程度做了测量。研究结果表明,所设计的振动时效试验平台可以实现带张力工况下的钢板同频激振;在一定的激振频率和时间的振动时效处理后,两种试验钢板的残余应力均得到一定程度的消减和均匀化,但是对于板形瓢曲和翘曲缺陷基本没有改变;相对而言,马氏体高强度钢板的时效效果明显弱于T2镀锡基板;试验结果可以反映材料强度对于振动时效效应的显著影响和振动时效对于板形瓢曲及翘曲缺陷的微弱影响。     

振动时效激振频率选择的探讨

振动时效激振频率的选择应综合考虑残余应力的集中程度、振动时效后残余应力分布及降低程度.对于结构简单,残余应力集中的构件,振动时效后要得到较低的残余应力状态,应选用较大的激振力,较低的激振频率.对于结构复杂.残余应力不集中的构件,宜采用较低的激振力和较高的振动频率.     

TZ21智能型振动时效装置——新一代高效节能设备

振动时效工艺，国外称为“VSR”方法，是利用共振原理消除和均化金属构件内部残余应力的一种方式，并可取代传统的自然时效和热时效的一种新技术，广泛用于对铸件、锻件、焊接件等金属构件的时效处理，具有高效节能、无三废污染、设备投资少、占用场地小和操作简便等显著优点。其工作方式如图1所示。图1振动时效工作示意图该激振器是将带有偏心轮的电动机刚性地联接在被振工件上，随着电机转动，偏心轮产生垂直方向的周期激振力，使被振工件在其固有的频率上振动30min左右，即可达到消除或均化工件残余应力、稳定尺寸精度的目的。随着振动…     

振动时效过程模拟与分析

由于缺乏对振动时效机理的有效解释,通过振动时效消除残余应力的方法一直未得到广泛应用。采用有限元法对焊接件残余应力的产生及振动消除过程进行了数值模拟,分析了激振力和激振频率等振动时效工艺参数对残余应力消除程度的影响。仿真结果表明,无论构件是否达到共振状态,只有产生一定的微观塑性变形残余应力才能得以释放;一阶模态能在最小的激振力下消除残余应力,是振动时效的最佳选择,而在其它频率,应力消除率取决于激振力的大小。     

振动时效处理对7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751铝合金预拉伸板(预应变为1%～3%)进行振动时效处理,并在不同最大应力(300,350,400,500MPa)下进行疲劳试验,研究了振动时效处理对合金显微组织、显微硬度、表面残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:振动时效处理对显微组织和显微硬度的影响很小,振动时效后的组织仍为轧制板材织构取向组织;振动时效处理后,合金中纵向和横向残余拉应力发生明显松弛,且纵向残余应力分布有所均化;振动时效处理明显提高了纵向和横向试样的疲劳性能,在最大应力350MPa条件下,纵向和横向试样的疲劳寿命分别提高了219.0%和29.1%,疲劳极限分别提高了9.9%和5.1%。     

振动时效微观机理研究

从残余应力产生的本质入手，通过位错理论分析得出振动时效的微观激振力的必要条件，振动消除残余应力方法使工件尺寸稳定性提高的要质原因是振动导致的材料内部位错密度的增加、位错分布均匀化和位错相互钉扎，从而使振前能动位错变成振后的相对固定位错所致。     

基于VB和Matlab混编的振动时效系统研究

针对现有部分振动时效控制系统存在的灵活性差、自动化程度低等问题,对振动时效系统中的数据采集、激振电机控制、变频器控制等方面问题进行了研究,对频谱分析法判定工件固有频率的理论依据进行了推导。采用VB和Matlab混编构建了振动时效控制系统,结合数据采集卡、变频器和激振电机等,开发出了振动时效系统。设计了包括数据采集模块和激振电机模块等硬件系统以及包括人机交互界面、扫频模块、频谱分析模块和时效处理模块的控制系统。利用振动时效前后残余应力实测对比法,对振动时效效果进行了定量评定。研究结果表明,经过该系统处理的试件残余应力平均下降了46.62%,达到了振动时效消除残余应力标准,证明了系统的有效性;并且该系统开发周期短、自动化程度较高。     

振动时效因素及其最佳工艺参数选择

振动处理调整金属(或非金属)构件内部残余应力,稳定工件尺寸,在国内外得到应用。我们通过对普通车床的床身铸件采用正交试验的方法,取得了振动时效最佳工艺参数,对振动时效工艺推广应用有一定的参考意义。振动时效因素振动时效(振动处理)过程中有激振时间,激振频率,激振力,激振动应力,激振器在被振工件上安装情况,激振点个数,激振阶数,工件在振动时支承方式以及采用的支承材料等因素。这些因素对振动处理效果有的起决定性作用,有的影响比较小。     

激振频率对振动时效效果影响的试验研究

采用振动时效设备和自行设计制作的试件及其支承装置,实现了在无专用应力应变测量设备情况下,对不同激振频率对振动时效效果的影响进行了试验研究,并通过实测应力变化量与幅频特性曲线变化量对其进行了对比分析。     

基于新振动时效测控装置的硬件研究

振动时效测控装置是一复杂的整体,其中数据处理及激振器是其重要组成部分,激振器工作时的参数取决于工件的本身特性,数据处理的正确性决定了整个系统工作的有效性和稳定性。论文研究一种采用振动时效方法降低、消除、均化金属构件的残余应力的测控装置,此装置采用单片机控制,调速方式为交流变频调速,激振器由交流电动机驱动。     

频谱谐波时效在旋挖钻机桅杆上的应用研究

振动时效消除残余应力是采用机械方法调整残余应力的一种工艺,其中频谱谐波振动时效技术通过对工件进行频谱分析,优选出对消除工件残余应力效果最佳的5种不同振型的谐波频率进行时效处理,达到多维消除残余应力和提高尺寸精度稳定性的目的。本文应用频谱谐波技术对旋挖钻机的桅杆进行了振动时效处理,并采用盲孔应力释放法测试了工件振动时效前后的残余应力。结果表明,频谱谐波振动时效技术能够有效降低并均化桅杆的残余应力,可广泛用于大型焊接构件的消除残余应力处理。     

Vibration characteristics and machining performance of a novel perforated ultrasonic vibration platform in the grinding of particulate-reinforced titanium matrix composites

Ultrasonic vibration-assisted grinding (UVAG) is an advanced hybrid process for the precision machining of difficult-to-cut materials. The resonator is a critical part of the UVAG system. Its performance considerably influences the vibration amplitude and resonant frequency. In this work, a novel perforated ultrasonic vibration platform resonator was developed for UVAG. The holes were evenly arranged at the top and side surfaces of the vibration platform to improve the vibration characteristics. A modified apparent elasticity method (AEM) was proposed to reveal the influence of holes on the vibration mode. The performance of the vibration platform was evaluated by the vibration tests and UVAG experiments of particulate-reinforced titanium matrix composites. Results indicate that the reasonable distribution of holes helps improve the resonant frequency and vibration mode. The modified AEM, the finite element method, and the vibration tests show a high degree of consistency for developing the perforated ultrasonic vibration platform with a maximum frequency error of 3%. The employment of ultrasonic vibration reduces the grinding force by 36% at most, thereby decreasing the machined surface defects, such as voids, cracks, and burnout.     

一种新振动时效测控装置的软件研究

振动时效测控装置是一个复杂的整体,它是一种采用振动时效方法降低、消除、均化金属构件的残余应力的测控装置。论文主要是针对此装置的软件研究,使用的是软件开发工具Keil C51编译器,程序用高级语言C编写,使软件部分具有数据采集、数据分析、扫频曲线绘制以及时效时间、频率控制等功能。     

薄壁零件铣削加工的振动模型

利用Kirchhoff薄板挠度弯曲的规律,分析薄壁结构零件的铣削过程中的振动模型,并结合铣削试验建立薄壁零件立铣加工的振动模型。根据实际加工条件,对振动模型进行数值模拟,分析、验证模型在实际切削加工时的准确性,试验测量结果和数值模拟结果误差很小,说明该假设完全可行,可以用于相关薄壁零件的分析和实际加工,为进一步研究薄壁零件加工振动规律奠定了必要的基础。     

对振动时效三个主要参数的探讨

对振动时效工艺参数的确定方法 ,进行了理论上的比较研究。根据工程力学和振动力学理论 ,振动时效动应力的选择应考虑构件在高频振动时的屈服强度的变化 ,振动频率应考虑残余应力的分布状态和构件的振型 ,振动时间的确定仅仅以单自由度振动方程为依据的现场判据方法是不全面的     

Design of a passive damper with tunable stiffness and its application in thin-walled part milling

The optimal parameters of a passive damper (i.e., frequency ratio and damping ratio) for the machining vibration attenuation of thin-walled part are quite affected by the material removal process, and the damper becomes ineffective easily due to its narrow vibration band. A design of passive damper with tunable stiffness is proposed for being adaptive to the varying machining process, and the frequency tuning is carried out by orienting the mass block inside the damper. Modal tests are performed to verify the amplitude reduction of the target mode of the thin-walled part. It shows that the optimal vibration suppression is reached when the orientation is 20° due to a smaller frequency difference between the damper and target mode, and the amplitude of the damped frequency response function is reduced to 1.3 %. Finally, machining tests are carried out, and the machining vibration and surface quality validate the large increase of machining stability. The experimental critical depth of cut under optimal tuning is increased by 1.8-folds compared with the most ineffective tuning, and the machined surface roughness is reduced by more than 80 %.     

Evaluating the effectiveness of vibratory stress relief by a modified hole-drilling method

In this paper, a modified through hole-drilling method is developed to evaluate the effectiveness of the application of vibratory stress relief (VSR). The principal residual stresses at any specified point before and after the treatment of VSR are measured by this method with the same cemented commercially available three-element strain gauge rosette. By comparing the magnitude of the measured results, the effectiveness of the treatment of VSR can thus be determined. Thin butt-welded specimens are prepared to verify the accuracy of the modified hole-drilling method compared to that of the conventional hole-drilling method. The experimental results show that the percentages of the relative errors between these two methods are all within 2.9%. Therefore, this modified method shows good accuracy in the determination of residual stresses before and after VSR. Meanwhile, the maximum principal residual stresses at the measured points are effectively reduced by about 5.8% to 27% after the application of VSR, and the minimum principal residual stresses at the measured points are effectively reduced by about 9.6% to 31%.