吊鉤是起重機械中常見的一種吊具,其承受的外部載荷,通過吊鉤-銷軸-側板進行傳遞,并主要由銷軸聯接承受。為提高銷軸聯接的承載能力,通常在側板銷孔處焊接一定尺寸的凸臺來提高聯接的接觸面積。但側板會因焊接而出現一定程度的變形,嚴重影響了側板與銷軸之間的裝配精度。按照企業裝配要求,側板的*大變形量需控制在1mm以內。
本文采用振動時效工藝控制吊鉤側板焊接變形。振動時效通過施加外部激振力,使激振力與殘余應力疊加后大于材料的屈服強度,從而均化工件內部殘余應力的分布,達到降低工件變形的目的。
材料介紹
吊鉤側板的實驗材料為16Mn,這種材料具有良好的力學性能、焊接性能及低溫沖擊韌性,并且擁有低成本的優勢,同時凸臺的材料也選用16Mn。
實驗方案
為使振動時效控制焊接變形達到良好的效果,根據振動時效工藝要求設計了合理的工藝,包括工件布置、掃頻設置和振動設置等方面。
振動時效參數設置
實驗設備為南京聚航科技有限公司的JH-600A交流振動時效設備,該設備采用高速變頻伺服電機,激振力大,壽命長,時效效果好,適合剛性工件。
詳細振動時效工藝設置如下:
(1)工件布置。激振電機要求剛性固定于側板件上,考慮到側板屬于板型工件,按照工件支撐原則,需要在吊鉤側板1/3長度等分處設4個支撐。用橡膠墊作為彈性支撐,放置在吊鉤側板下方。
(2)掃頻設置。激振器轉速范圍是0-3000r/min,為保證激振轉速平穩增加,設定掃頻轉速每秒增加50r/min,掃頻時間為1min。
(3)振動設置。首先,確定振動處理所需的總時間,工件的質量為101.1kg,振動時間為12min;由于吊鉤側板的焊縫為環形焊縫,產生的焊接變形以及殘余應力分布并不規則,因此工件采用混合振的模式,設定一階固有頻率下振動8min,二階固有頻率下振動4min;同時,激振電機產生的激振力為80-120MPa,符合焊接件振動時效處理的激振力要求。
焊接和振動時效工藝
實驗選擇4個側板焊件,分為兩組,并采取相同的焊接工藝,詳細的工藝流程如下:將每組的兩塊側板背向放置,采用點焊的方式固定兩側板。固定后,利用電弧焊的方式在每個銷孔處焊接凸臺。焊接后實驗一組不進行任何處理,直接將兩側板打開后進行測量;利用振動時效裝置對實驗二組進行時效處理后,將兩側板打開進行測量。
總結
通過對振動時效控制吊鉤側板焊接變形的研究,得出如下結論:未經振動時效處理的吊鉤側板的變形量為2.213mm,遠大于1mm的裝配要求;經過振動時效處理的實驗件,測量點處的變形量為0.732mm,達到側板裝配要求,并且降低量達66.9%,可見利用振動時效控制吊鉤側板焊接變形是可行的、高效的。
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