齒輪箱加工殘余應力消除方法

在焊接、沖壓、鑄造和其它許多加工過程中，金屬工件均可能形成殘余應力。在許多情況下，殘余應力的存在對工件是有害的，如降低工件強度和疲勞極限，造成脆性斷裂，加快工件在腐蝕大氣中的腐蝕速度等。分布不均勻的殘余應力會對工件尺寸精度和穩定性產生非常不利的影響。通常消除殘余應力會采用自然時效、熱時效、振動時效等方法。

振動時效在國外被稱為VSR技術。簡單地說，就是用振動的辦法，反復地對有殘余應力的工件加循環載荷，使工件產生一定的塑性變形，隨之殘余應力得到松弛，從而使工件的尺寸穩定下來。

振動時效在齒輪箱加工中的應用

本次案例中的齒輪箱體是鑄鐵件，外形尺寸為790mm×760mm，厚度為105mm。箱體內部是空腔，壁厚為15mm，屬于薄壁件。箱體兩端面為7級精度要求，表面粗糙度值Ra=3.2μm。兩端面是在立式車床上經過粗、精車兩道工序加工，加工后經過檢驗，兩端面的平面度、平行度超差。經過分析認為，薄壁件在加工過程中易產生塑性變形、熱變形和殘余應力變形，而加工殘余應力是引起零件在加工中變形的主要原因，因此有必要消除加工殘余應力。

振動時效工藝方案設計

工藝路線的確定　為了消除齒輪箱體加工殘余應力，決定在原工藝路線中增加一道振動時效處理工序。根據振動時效的技術要求及安排，應在粗加工后、精加工前增加振動時效工序。工藝路線對比如下。原工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→精加工。新工藝路線：鑄造→退火處理→粗加工→振動時效處理→精加工。

裝夾方式　激振器裝夾方式有兩種，一種是直接裝夾方式，直接用弓形鋼把激振器裝夾在工件上，適用于大型、產量少的工件;另一種是輔助工裝裝夾方式，激振器不能直接裝夾在工件上，需要通過時效平臺對工件進行時效，適用于小型、產量大的工件。鑒于該齒輪箱體屬于小型工件，且產量較大，因此采用輔助工裝裝夾齒輪箱體，進行振動時效處理，振動效率高。

然后，選擇激振點位置，工件的定位壓緊等操作。準備好后，通電進入主程序—選擇對應激振器型號—時效方式—頻譜諧波—運行—進行頻譜分析，自動選出對工件處理效果*佳的七個諧波峰，從中選擇五種振形處理。

時效后效果驗證

時效后的結果依據GB/T25712-2010振動時效效果評定方法進行判定，出現下列情況之一時，即可判定為達到振動時效工藝效果：

①振幅-時間(a-t)曲線上升后變平。

②振幅-頻率(a-f)曲線振后比振前的峰值升高、峰值點左移。

經試驗，得出振幅-時間(a-t)曲線如圖1所示。

圖1 振幅-時間(a-t)曲線

時效后效果顯示，曲線先上升后變平，加速度基本維持在12.1g左右；a-f曲線評價，振后峰值比振前峰值升高且峰值點左移。試驗結果符合GB/T25712-2010振動時效效果評定方法中規定的判定條件，因此判定振動時效可達到工藝要求的效果。

結語

采用振動時效工藝消除薄壁件加工中存在的殘余應力，最終使齒輪箱兩端平面的平面度、平行度達到了設計要求，說明振動時效工藝對消除加工殘余應力十分有效。