工程机械臂架振动时效工艺应用

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 混凝土机械臂架总成的生产是整个工程机械生产的关键环节,工程机械臂架的生产通常采用拼装阻焊工艺,即将四块钢板阻焊成箱体结构。随着工程机械臂架生产周期的缩短与臂架长度的逐步增大,臂架阻焊变形引起的后期装配问题也被提上了日程,例如,臂架整体的变形过大引起的装配问题及后期臂架的干涉等,增加了臂架的返工率,严重影响了生产。

焊接残余应力的存在大大影响了工程机械的生产进度,通过选择合理的焊接工艺参数,可以在一定程度上降低焊接残余应力。但是,对于大型焊接箱体来说,箱体阻焊存在着焊接工艺实施的局限性,效果并不显著。为达到生产工艺要求的效果,有必要在臂架阻焊后,机械加工前进行时效处理,降低或消除臂架焊接位置的残余应力。消除残余应力方法主要有自然时效法、热时效法和振动时效法。根据实际生产的需要,自然时效法不利于生产周期的缩短,热时效法成本太高,所以考虑振动时效工艺消除残余应力。

振动时效参数的选择

激振力的选取应考虑材料屈服点及屈服强度的变化,激振频率的选取应根据残余应力分布状态为依据,并考虑构件的振型。关于激振力的选择,如果施加的激振力比较小则消除残余应力的效果比较差,太大则可能超过工件的疲劳强度。当消除工件表面的残余应力时,激振力的选择应使其产生的动应力σd≤σ-1;消除工件内部的残余应力时,其产生的动应力σd≤σ0.01.

频率因素影响振动效果的极差极大,共振频率下消除残余应力的效果要好得多,而此时原始残余应力越大,采用大的激振动力,则振动处理消除残余应力的效果更好。采用较小的能耗,选择主振峰值的1/3-2/3所对应的频率为主振频率,不会对工件造成疲劳损伤,还可以提高工件的疲劳寿命。

不同结构件重量,给出了如下参考时间,如表1。

1 振动时间的选择与工件重量的关系

工件重量

1

1-4.5

大于4.5

振动时间

10-20

20-30

30-45

振动时效的效果

当焊接接头采用振动时效处理后,接头部位的残余应力会发生较大变化。采用盲孔法对某杆件焊接焊缝附近振动时效前后的残余应力进行检测。结果如表2。

2 盲孔法对振动时效前后残余应力的测试结果

振前残余应力/MPa

振后残余应力/MPa

最大应力

最小应力

差值

最大应力

最小应力

差值

453.7

-55.7

509.4

272.3

145.7

126.6

318.1

229.0

89.1

129.6

76.5

53.1

 

同时,采用划线机对经过振动时效处理的拼装阻焊的弯臂进行测量,弯臂长约10m,假定弯臂在振动时效处理前后根部中心面未发生变化,并以此为基准,依次取弯臂不同位置多个点,测量其到中心面的距离变化,测量结果如表3。

3 振动前后距离变化

取点个数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

振动时效前后距中心面距离

352

284

311

285

261

238

203

187

183

振动时效后距中心面距离

369

309

332

308

287

265

233

217

214

差值

17

25

21

23

24

27

30

30

31

 

可见,振动时效在一定程度上可降低和均化工件焊接部位的残余应力,并加速臂架焊接应力的快速释放,缩短了臂架焊接变形的时间,为后续加工的稳定性打下基础。

振动时效提高臂架装配及作业的稳定性

臂架阻焊后进行振动时效处理,可以让臂架加速应力释放并产生变形。通过后续机加工艺的实施,可保证臂架的装配精度,从根本上解决臂架生产后期精度变差的问题。

同时在臂架作业时,其会承受较大的动载荷,这种动载荷是由于臂架的收展、变幅俯仰运动以及承载时的冲击造成的。臂架工作时的实际应力是动载荷引起的应力和残余应力的叠加。若在生产过程中,残余应力已经得到释放,则会在一定程度上减少臂架工作时承受的实际应力,提高臂架的抗疲劳能力。据统计,振动时效可降低工件残余应力30%-70%,提高工件抗变形能力12%-23%,可与热时效效果相比。

总结

1. 随着工程机械臂架生产周期的缩短和臂架长度的逐步增大,臂架组焊后残余应力的释放会引起后期生产的一系列问题,臂架生产需要引进新的工艺;

2. 振动技术的成熟和研究,为振动技术在工程机械臂架生产上的应用提供了有利的参考依据。通过合理化参数的选择与实施,可提高臂架装配的稳定性及臂架作业时整体的稳定性。