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振动时效设备的构造和工作过程详解

更新时间:2020/3/19  点击数:205


机械加工过程中,为了保证零件在毛坯或粗加工情况下仍然具有良好的切削性能,需要对毛坯或粗加工的轴类零件进行消除内部残余应力的处理。这种消除内部残余应力的处理技术主要有两种,一种是调质处理,另一种是振动时效消除应力

其中,振动时效处理是通过振动的形式给轴类零件施加一个动应力,当施加的动应力与轴类零件本身的残余应力叠加后,达到或超过材料的微观屈服极限时,轴类零件就会发生微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形,同时降低并均化轴类零件内部的残余应力,最终达到防止轴类零件在车削等精加工工序及投入使用后的变形与开裂,稳定轴类零件的尺寸与几何精度。 目前,对包括轴类零件在内的零件进行振动时效处理的普遍方式是,将毛坯或粗加工好的零件从机床上卸下,搬移至振动时效处理场地、放置在具有一定弹性的支撑体上,再将激振器安装在被处理零件上、通过激振器对被处理零件输出消除内部残余应力的激振力,待振动时效处理好后,再将零件搬移至对应机床上进行相应的精加工。

气动振动时效装置


1—气管接头 ;2—振动活塞 ;3—活塞复位弹性体 ;4—振动气缸 ;5—直线轴承 ;6—滚珠轴承 ;7—激振顶杆 ;8—排气口 ;9—顶杆复位弹性体 ;10—消音器 ;11—活塞限位顶杆 ;12—莫氏锥柄 ;13—顶杆套 ;14—限位台阶 ;15—压缩空气源 ;16—活塞顶杆 ;17—进气口 ;18—顶尖 ;19—顶尖复位弹性体。

振动时效处理装置主要由振动气缸 4、顶杆套 13、激振顶杆 7 和压缩空气源 15 构成。

振动气缸 4 为中空结构,具有朝向机床主轴或尾座的缸底,并在该缸底处连接有莫氏锥柄 12(可以将莫氏锥柄 12 密封连接在振动气缸 4 的缸底处,以代替缸底,即缸底和莫氏锥柄 12 合二为一)、通过莫氏锥柄 12 连接在机床的主轴或尾座上。振动气缸 4 的内孔朝向轴类零件的端部(即前端)处设有台阶结构,在振动气缸 4 的内孔内密封装配有振动活塞2(即振动活塞 2 的圆周上填装有密封圈,通过密封圈与振动气缸 4 的内孔孔壁接触密封),在振动气缸 4 的内孔台阶结构处设有对振动活塞 2 限位的限位台阶 14,振动活塞 2 与限位台阶 14 之间装配有活塞复位弹性体 3(优选螺旋弹簧)。在振动气缸 4 的后部(即靠近莫氏锥柄 12 处)径向设有错位布置的进气口 17 和排气口 8,排气口 8 的位置较进气口 17 靠前,在排气口 8 上连接有消音器 10,以降低工作时的噪音 ;进气口 17 的位置靠近振动气缸 4 的缸底(可以与缸底齐平),进气口 17 上密封连接有气管接头 1,在气管接头 1 上密封连接有气管,气管接头 1 通过气管与压缩空气源 15 接通(压缩空气源 15 上应有相应的控制阀门),当振动活塞 2 处于复位状态时,要求振动活塞 2 将排气口 8 封堵。前述振动活塞 2 的前侧面(即朝向轴类零件及下述激振顶杆 7 的面)上设有凸起的活塞顶杆 16,该活塞顶杆 16 轴向穿过限位台阶 14,当振动活塞 2 复位时,活塞顶杆 16 的前端与振动气缸 4 的内孔台阶结构处(即限位台阶 14 的前侧面)齐平,届时用于顶撞激振顶杆 7,有鉴于此,为了延长使用寿命,在活塞顶杆 16的前端处设有近似于球形的硬橡胶垫 ;振动活塞 2的后侧面(即相背于轴类零件及下述激振顶杆 7 的面)上设有凸起的活塞限位顶杆 11,该活塞限位顶杆 11 的长度远小于活塞顶杆 16 的长度,要求活塞限位顶杆 11 的略长度大于或等于振动气缸 4 的缸底至进气口 17 最远边的距离,即活塞限位顶杆 11 的长度至少要等于振动气缸 4 的缸底至进气口 17 距离和进气口 17 直径之和,只有如此,才能可靠地确保压缩空气源 15 输送的压缩空气进入振动气缸 4 内进行有效做功 ;振动活塞 2 基于前述结构,其呈十字形状。

顶杆套 13 亦为中空结构,顶杆套 13 的内孔后端(即朝向振动气缸 4 的端部)为台阶结构。顶杆套 13 的内孔台阶处装配有直线轴承 5,该直线轴承 5 的圆周通过滚珠轴承 6与顶杆套 13 的台阶处前侧的内孔装配。激振顶杆 7 为前小后大的 T 形结构(也可以采用十字形结构代替),其后端的大头端盖直径略小于振动气缸 4 的内孔台阶处外侧直径 ;激振顶杆 7 穿装在直线轴承 5 内,且激振顶杆 7 的后端盖(即大头端)与直线轴承 5 之间装配有顶杆复位弹性体 9(优选螺旋弹簧),激振顶杆 7 的前端要求延伸出顶杆套 13 的内孔,即激振顶杆 7 从顶杆套 13 的前端延伸出 ;由于激振顶杆 7 用于向轴类零件的裸露端面输出激振力(即撞击轴类零件的裸露端面),因而,为了延长使用寿命,在激振顶杆 7 的前端处设有近似于球形的硬橡胶垫。前述顶杆套 13 的后端以螺纹方式轴向密封连接在振动气缸 4 的前端,二者的内孔之间形成激振顶杆 7 的往复运动空间。

振动时效工作过程


压缩空气源 15向振动气缸 4输送的压缩空气作用在振动活塞 2 上,振动活塞 2 前行顶撞激振顶杆 7,激振顶杆 7 前行顶撞轴类零件的裸露端面(即输出激振力);当振动活塞 2 前行后将所封堵的排气口 8 露出时,做功的压缩空气从排气口 8 排出,此时振动气缸 4 内部卸压,在活塞复位弹性体 3 的作用下,振动活塞 2 复位并再次封堵排气口 8 实现储压,激振顶杆 7 在失去顶撞力后、在顶杆复位弹性体 9 的作用下复位,如此往复,实现振动活塞 2 和激振顶杆 7 的往复运动、往复运动的激振顶杆 7 对轴类零件输出激振力。前述激振力的输出频率约为 25 ~ 50HZ,最大振动力不能超过 5000N。

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