一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效处理方法及实验装置与流程

本发明涉及阻抗技术和铸件的超声振动时效处理技术领域，尤其涉及一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效处理方法及实验装置。

背景技术：

七十年代振动时效(vsr)引入中国后，首先被应用在机床铸件的研究上，2001年8月中国机械工业联合会发布文件，正式将振动消除应力技术纳入机床制造标准，接又将振动消除应力技术制修订到铸、锻、焊基础件以及各制造业制造标准。随着振动时效技术的研究深入，在上世纪末，很多的机床制造企业将振动时效技术引入到生产中，并尝试应用到正式生产的应力消除工艺中。振动时效技术虽然在高效、节能、环保等方面有着非常明显的优势，但传统的振动时效设备经虽然历了几十年的发展，仍然存在着无法逾越的技术瓶颈，始终无法纳入正式生产工艺，没有得到企业的广泛认可，没有得到大规模的应用。传统的振动时效(亚共振时效)技术存在以下的问题：对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求，需要不断的扫频、调整位置，所以设备操作必须是受过专业培训的技术人员操作，一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术；其次工件在单件生产时调整相当繁琐，拾振器、支撑点很难调到最佳状态，一种工件就需要制订一种工艺；这对操作者的经验要求也比较高；因为是通过扫频的方式寻找共振峰，而电机的转速是有限的，当工件共振频率超出激振器的频率范围时，通过扫描就无法找到工件共振频率，因而无法对工件进行有效的振动处理。

振动时效处理系统所涉及的振动时效处理技术是一种消除工程材料内部残余应力的新方法。通过超声振动，使工件材料内部残余应力与振动所附加的应力矢量和超过材料的屈服极限，材料发生轻微塑性变形，材料内部的残余应力得到松弛；激振频率与工件的固有频率越接近，工件在共振的影响下幅值就越大，同样附加的应力也就越大，也就越有利于消除工件的残余应力，但如何精确的判断工件的固有频率，特别是如何判断超声频段的工件固有频率是难点；传统的振动时效噪声过大也是难以推广的主要原因。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效处理方法及实验装置。

本发明是通过以下技术方案实现

一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，所述方法使用的实验装置包括，阻抗分析仪(1)、被时效的大型精密铸件(2)、第一压电传感器(3)、第二压电传感器(4)、第三压电传感器(5)、第四压电传感器(6)、四通道信号发生器(7)、电脑及其软件处理系统(8)、第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)，四通道功率放大器(34)；其特征在于：所述第一压电传感器(3)包括第一基座(9)、第一压电陶瓷片(13)，所述第二压电传感器(4)包括第二基座(10)、第二压电陶瓷片(14)，所述第三压电传感器(5)包括第三基座(11)、第三压电陶瓷片(15)，所述第四压电传感器(6)包括第四基座(12)、第四压电陶瓷片(16)；所述第一压电陶瓷片(13)的负极面通过导电银胶粘贴在第一基座(9)上，所述第二压电陶瓷片(14)的负极面通过导电银胶粘贴在第二基座(10)上，所述第三压电陶瓷片(15)的负极面通过导电银胶粘贴在第三基座(11)上，所述第四压电陶瓷片(16)的负极面通过导电银胶粘贴在第四基座(12)上；

作为本发明的优选技术方案，在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)，将所述第一压电传感器(3)，第二压电传感器(4)，第三压电传感器(5)，第四压电传感器(6)分别通过改性低熔点高硬度石蜡粘贴在第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)；将第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)分别固定在第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)上；四通道信号发生器(7)通过四通道功率放大器(34)分别与第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)电性连接。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，设计合理，本发明可以在用阻抗分析仪(1)，通过扫频，精确地找出所述大型精密铸件的各阶固有频率；再通过四个电磁激振器在大型精密铸件的不同位置，对其进行振动时效，故振动时效的效果好；本发明一方面减少超声振动时效对被时效对象的损伤，振动时效的能耗仅为普通振动时效的30％，大大降低了振动时效的能耗，同时振动时效的噪声也大为减小，大大的改善了工作环境。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图，图2为被振动时效的大型精密铸件传感器位置示意图，图3为被振动时效的大型精密铸件传感器示意图，图4为第一传感器结构示意图，图5为第二传感器结构示意图，图6为第三传感器结构示意图，图7为第四传感器结构示意图。

1、阻抗分析仪；2、被时效的大型精密铸件；3、第一压电传感器；4、第二压电传感器；5、第三压电传感器；6、第四压电传感器；7、四通道信号发生器；8、电脑及其软件处理系统；9、第一基座；10、第二基座；11、第三基座；12、第四基座；13、第一压电陶瓷片；14、第二压电陶瓷片；15、第三压电陶瓷片；16、第四压电陶瓷片；30、第一电磁激振器；31、第二电磁激振器；32、第三电磁激振器；33、第四电磁激振器；34、四通道功率放大器；13、第一压电陶瓷片；14、第二压电陶瓷片；15、第三压电陶瓷片；16、第四压电陶瓷片

作为本发明的优选技术方案，在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)，将所述第一压电传感器(3)，第二压电传感器(4)，第三压电传感器(5)，第四压电传感器(6)分别通过改性低熔点高硬度石蜡粘贴在第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)；将第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)分别固定在第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)上；四通道信号发生器(7)通过四通道功率放大器(34)分别与第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)电性连接。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7。

本发明是通过以下技术方案实现

一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，所述方法使用的实验装置包括，阻抗分析仪(1)、被时效的大型精密铸件(2)、第一压电传感器(3)、第二压电传感器(4)、第三压电传感器(5)、第四压电传感器(6)、四通道信号发生器(7)、电脑及其软件处理系统(8)、第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)，四通道功率放大器(34)；其特征在于：所述第一压电传感器(3)包括第一基座(9)、第一压电陶瓷片(13)，所述第二压电传感器(4)包括第二基座(10)、第二压电陶瓷片(14)，所述第三压电传感器(5)包括第三基座(11)、第三压电陶瓷片(15)，所述第四压电传感器(6)包括第四基座(12)、第四压电陶瓷片(16)；所述第一压电陶瓷片(13)的负极面通过导电银胶粘贴在第一基座(9)上，所述第二压电陶瓷片(14)的负极面通过导电银胶粘贴在第二基座(10)上，所述第三压电陶瓷片(15)的负极面通过导电银胶粘贴在第三基座(11)上，所述第四压电陶瓷片(16)的负极面通过导电银胶粘贴在第四基座(12)上；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)，将所述第一压电传感器(3)，第二压电传感器(4)，第三压电传感器(5)，第四压电传感器(6)分别通过改性低熔点高硬度石蜡粘贴在第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)；将第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)分别通过夹具固定在第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)上；四通道信号发生器(7)通过四通道功率放大器(34)分别与第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)电性连接。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，其特征在于：激振频率的确定方法包括，

1)所述阻抗分析仪(1)先与第一压电传感器(3)电性连接，在20hz-1000hz范围内，通过阻抗分析仪(1)的扫频，找出被时效的大型精密铸件(2)的阻抗峰值变化最大的第一时效共振频率f1，同时将扫频数据保存到电脑及其软件处理系统(8)中进行数据图像处理；

2)所述阻抗分析仪(1)断开与第一压电传感器(3)电性连接，再将阻抗分析仪(1)与第二压电传感器(4)电性连接，在20hz-1000hz范围内，通过阻抗分析仪(1)的扫频，找出被时效的大型精密铸件(2)的阻抗峰值变化最大的第一时效共振频率f1，同时将扫频数据保存到电脑及其软件处理系统(8)中进行数据图像处理；

3)所述阻抗分析仪(1)断开第二压电传感器(4)的电性连接，将阻抗分析仪(1)与第三压电传感器(5)电性连接，在20hz-1000hz范围内，通过阻抗分析仪(1)的扫频，找出被时效的大型精密铸件(2)的阻抗峰值变化最大的第一时效共振频率f1，同时将扫频数据保存到电脑及其软件处理系统(8)中进行数据图像处理；

4)所述阻抗分析仪(1)断开第三压电传感器(5)的电性连接，将阻抗分析仪(1)与第四压电传感器(6)电性连接，在20hz-1000hz范围内，通过阻抗分析仪(1)的扫频，找出被时效的大型精密铸件(2)的阻抗峰值变化最大的第一时效共振频率f1，同时将扫频数据保存到电脑及其软件处理系统(8)中进行数据图像处理。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，其特征在于：振动时效的步骤包括，

1)将所述四通道信号发生器(7)的第一通道、四通道功率放大器(34)的第一通道、第一电磁激振器(30)电性连接，将四通道信号发生器(7)的第一通道的频率调节为f1，将四通道功率放大器(34)的第一通道的输出电流逐步调节到10a，开始对被时效的大型精密铸件(2)的第一关键部位(20)进行振动时效；

2)将所述四通道信号发生器(7)的第二通道、四通道功率放大器(34)的第二通道、第二电磁激振器(31)电性连接，将四通道信号发生器(7)的第二通道的频率调节为f2，将四通道功率放大器(34)的第二通道的输出电流逐步调节到10a，开始对被时效的大型精密铸件(2)的第二关键部位(21)进行振动时效；

3)将所述四通道信号发生器(7)的第三通道、四通道功率放大器(34)的第三通道、第三电磁激振器(32)电性连接，将四通道信号发生器(7)的第三通道的频率调节为f3，将四通道功率放大器(34)的第三通道的输出电流逐步调节到10a，开始对被时效的大型精密铸件(2)的第三关键部位(22)进行振动时效；

4)将所述四通道信号发生器(7)的第四通道、四通道功率放大器(34)的第四通道、第四电磁激振器(33)电性连接，将四通道信号发生器(7)的第四通道的频率调节为f4，将四通道功率放大器(34)的第四通道的输出电流逐步调节到10a，开始对被时效的大型精密铸件(2)的第四关键部位(23)进行振动时效；

5)被时效的大型精密铸件(2)先振动时效三个小时，停止时效1小时，再振动时效三个小时后，停止时效；使用阻抗分析仪(1)分别对第一压电传感器(3)，第二压电传感器(4)，第三压电传感器(5)，第四压电传感器(6)进行扫频，并将扫频数据保存到电脑及其软件处理系统(8)中进行数据图像处理。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，其特征在于：振动时效的阻抗评价方法包括，

1)比较振动时效前后的粘贴在第一关键拾振部位(20)的第一压电传感器(3)的阻抗频谱图，如果振动时效处理后，如出现阻抗峰值增加10％或波峰左移5hz以上，即认为此处振动时效合格；

2)比较振动时效前后的粘贴在第二关键拾振部位(21)的第二压电传感器(4)的阻抗频谱图，如果振动时效处理后，如出现阻抗峰值增加10％或波峰左移5hz以上，即认为此处振动时效合格；

3)比较振动时效前后的粘贴在第三关键拾振部位(22)的第三压电传感器(5)的阻抗频谱图，如果振动时效处理后，如出现阻抗峰值增加10％或波峰左移5hz以上，即认为此处振动时效合格；

4)比较振动时效前后的粘贴在第四关键拾振部位(23)的第四压电传感器(6)的阻抗频谱图，如果振动时效处理后，如出现阻抗峰值增加10％或波峰左移5hz以上，即认为此处振动时效合格；

5)规定经过振动时效，第一压电传感器(3)、第二压电传感器(4)、第三压电传感器(5)、第四压电传感器(6)的阻抗频谱，任意一个所述阻抗频谱的图振动时效合格，本次振动时效定位合格；

6)如振动时效被判定为不合格，则重复做一遍振动时效处理，再用振动时效的阻抗评价方法进行判别，如果通过，则本次振动时效合格，如没有通过，则本次振动时效失败。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法，其特征在于：所述第一基座(9)、第二基座(10)、第三基座(11)、第四基座(12)的材料为导电铝材。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效方法所使用的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括，阻抗分析仪(1)、被时效的大型精密铸件(2)、第一压电传感器(3)、第二压电传感器(4)、第三压电传感器(5)、第四压电传感器(6)、四通道信号发生器(7)、电脑及其软件处理系统(8)、第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)，四通道功率放大器(34)；其特征在于：所述第一压电传感器(3)包括第一基座(9)、第一压电陶瓷片(13)，所述第二压电传感器(4)包括第二基座(10)、第二压电陶瓷片(14)，所述第三压电传感器(5)包括第三基座(11)、第三压电陶瓷片(15)，所述第四压电传感器(6)包括第四基座(12)、第四压电陶瓷片(16)；所述第一压电陶瓷片(13)的负极面通过导电银胶粘贴在第一基座(9)上，所述第二压电陶瓷片(14)的负极面通过导电银胶粘贴在第二基座(10)上，所述第三压电陶瓷片(15)的负极面通过导电银胶粘贴在第三基座(11)上，所述第四压电陶瓷片(16)的负极面通过导电银胶粘贴在第四基座(12)上；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)，将所述第一压电传感器(3)，第二压电传感器(4)，第三压电传感器(5)，第四压电传感器(6)分别通过改性低熔点高硬度石蜡粘贴在第一关键拾振部位(20)、第二关键拾振部位(21)、第三关键拾振部位(22)、第四关键拾振部位(23)；在被时效的大型精密铸件(2)上选取第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)；将第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)分别通过夹具固定在第一关键激振部位(24)、第二关键激振部位(25)、第三关键激振部位(26)、第四关键激振部位(27)上；四通道信号发生器(7)通过四通道功率放大器(34)分别与第一电磁激振器(30)、第二电磁激振器(31)、第三电磁激振器(32)、第四电磁激振器(33)电性连接。

所述一种基于阻抗技术的大型精密铸件的振动时效实验装置，其特征在于：所述第一基座(9)、第二基座(10)、第三基座(11)、第四基座(12)的材料为导电铝材。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。