Способ обработки изделий

 

Изобретение относится к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в металлургии и машиностроении при изготовлении напряженны конструкций. Цель изобретения - снятие внутренних напряжений. Сущность изобретения заключается в том, что изделие подвергается рчбрэцням выбранных значений частот вращения вибратора . Выбор значении частот впадения вибратора заимствуют HJ номере ния, которое воспроизводит вкброц юнную характеристику издеччя oi -oj- буждении с помощью вибратор в его рабочем диапазоне и при котором для отдельных значений частот вращения вибратора в его рабочем диапазоне в определенном диапазоне высших прмоник определяются соответствующие высшие гармоники тех копебаний, в которых в рабочем диапазоне появляются резонансные явления ипи им подобные стабильные колебательные состояния. При этом для снятия внутренних напряжений в изделии выбираются те значения частот вращения, которые являются причиной сколнения гармоник в определенном диапазоне впстгх гармоник .8 з.п. ф-лы, 3 ил. se

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ай@

ИЫЩ@

Г{1БЛ{.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4203415/02 (22) 25. 09. 87 (31) 86-113278.5 (32) 26.09.86 (33) ЕР (46) 07.01.91. Бюл. Ф 1 (71) ФСР Мартин инжинеринг ГмбХ (DE) (72) Дитмар Шнайдер (ОЕ) (53) 621.785.79 (088.8) (56) Заявка ФРГ М - 7005792, кл. С 21 D1/30,,1983.

Патент США II - 3677831, кл. 48-12.9, 1985, (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в металлургии и машиностроении при изготовлении напряженны> конструкций. Цель изобретения — снятие внутренних напряжений, Сущность изобретения заключается в том, что

Изобретение относится к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в металлургии и машиностроении при изготовлении напряженных конструкций.

Цель изобретения — снятие внутренних напряжений.

Сущность изобретения заключается в том, что для отдельных частот вращения вибратора в его рабочем диапазоне (например, 1200-6000 об/мин или 20-100 Гц) и в определенном диапазоне высших гармоник (например, 100-2000 Гц) определяются соответствующие гармоники тех колебаний, в ко„„Я0„„162ОО51 Д 3

Я) С 21 D 1, 00, 1/04 изделие подвергается вибрация > выбранных значений частот врап.ения вибратора, Выбор значений частc t врвще— ния вибратора заимствуют иэ измере"ния, которое воспроизводит вибрац ко»ную характеристику изделия пр» во буждении с помощью вибратара в его рабочем диапазоне и прп котором для отдельных значений частот вращения вибратора в его рабо:ем диапазоне в определенном дпапаэо»е высших гармоник определяются соответствующие высшие гармоники тех кол сбан»й, B которых в рабочем циапаэо»е появляются резонансные явления или им подобные стабильные колеба тельные состоя»»я .

При этом для снятия внутре. н»х напряженийй в изделии выбир аютс я то значения частот вращения, которые являются причиной скопления гарма»ик в определенном диапазо»е высших гар— моник.8 з ° и, ф — лы, 3 ил . «:

Ь торых в рабочем диапазоне появляются явления резонанса или им подобные ста- 4Р бильные колебательные состояния, и Ю что для снятия внутренних напряже— )нж ний в изделии выбираются те з»ачения частот вращения вибратора в его рабочем диапазоне, которые являются причиной скопления гармоник в определенном диапазоне высших гармо»ик.

Распределение гармоник, распростра- (ф няющихся в изцелии по прич»»е возбуждения вибратора колебаний, дает з»ачительно лучшую информацию о том, при каких частотах возбужпения вибратора в его рабочем диапазоне должно осу—

1620051 ществляться снятие внутренних напряжений, чем появляющиеся в самом рабочем диапазоне пики. Изделия должны быть не очень сложными, чтобы иметь большое количество стабильных колебательных состояний, которые лежат далеко за пределами диапазона частот, ;в котором эксплуатируется вибратор. С помощью анализа диапазона высших rap- )Q моник для отдельных частот вращения вибратора, при которых изделие склонно к стабильным колебаниям, получают информацию о том, какие частоты вращения вибратора приводят к скоплению колебаний в диапазоне высших гармоник и какие рабочие частоты вращения вибратора являются существенными для снятия внутренних напряжений, Сущест- . венными необходимо считать те рабо- 2р чие колебания вибратора, которые приводят к по возможности большому количеству возбуждений в диапазоне высших. гармоник.

Для определения скопления гармоник 25 в определенном диапазоне высших гармоник можно идти двумя путями. Например, в рабочем диапазоне вибратора определяются явления резонанса или им подобные прочие стабильные коле- 3О бательные состояния и для определен ных на вибрационной характеристике пиков определяются математическим путем соответствующие высшие гармоники.

Затем из этих определенных математи. 35 чес ким путем пар аме тров гармоник определяют, какие параметры из рабочего диапазона вибратора являются причиной скопления высших гармоник, Высшие гармоники определяются так- 4О же путем измерений. Здесь можно дей-, ствовать с помощью обычных методов частотного анализа благодаря тому, что изделие возбуждается с помощью вибратора с непрерывно возрастающей частотой вращения или небольшими сту пенями частоты вращения или на изделие воздействуют определенным уцарным имлульсом, чтобы определить колебания высших гармоник, 50

В качестве дополнительных критери\ ев выбора предпочтительно использовать амплитуды измеренных высших гармоник. Чем больше амплитуда, тем больше пригодна относящаяся к этой высшей гармонике рабочая частота для снимающего внутренние напряжения вибратора, поэтому в способе скопление высших гармоник коррелируется с соответствующей амплитуцой, например умножается, чтобы затем сделать выбор из полученной таким образом диаграммы.

Возможен вариант, который ведет к дальнейшей оптимизации выбора значений частот вращения вибратора для снятия внутренних напряжений, при этом можно определять высшие гармоники методом вычислений, а также методом измерений, причем возможна обработка с помощью вычислительной машины. Путем разделения диапазона высших гармоник на сопряженные участки с определенной полосой частот, например 7 Гц, получают непосредственную информацию о том, в каких диапазонах частот появляются скопления высших гармоник.

Так как статистическое распределение гармоник в диапазоне высших гармоник неравномерно, а при относительно низких значениях имеет максимум, получают улучшенную информацию о скоплении высших гармоник, если относящийся к изделию результат распределения высших гармоник сравнивается со статистическим распределением, чтобы определить, в каких диапазонах высших гармоник по сравнению со статистическим распределением фактически появляется скопление высших гармоник, Возможен вариант учитывающий не только скопление гармоник в диапазоне высших гармоник, но и те значения частот вращения вибратора, которые но возможности возбуждают многие диапазоны высших гармоник со скоплениями гармоник.

Можно определять другие значения частот вращения. вибратора для снятия внутренних напряжений из приоритета значений частот вращения, которые соответственно обеспечивают максимальное число выбранных участков диапазонов с высшими гармониками. Можно больше не учитывать те высшие гармоники, которые следуют из уже выбранных значений частот вращения вибратора. Таким образом, выбирается соответственно одно значение частоты вращения и затем вновь определяются выбранные диапазоны частот. Так как больше не учитываются те высшие гармоники, которые относятся к уже выбранной частоте вращения, возможно отпадут ранее выбранные бывшие участки диапазонов, а из остающихся или вновь выбранных участков диапазонов

5 1б соответственно выбирается следующая

I рабочая частота вращения вибратора.

1

Способ дает различные возможности определения диаграммы измерений, из которой определяются высшие гармоники (обычно пользуются диаграммой параметры ускорения/частота вращения), При возбуждении изделия с помощью вибратора на изделия для регистрации вибрационной характеристики устанавливается по меньшей мере один акселерометр, который относительно хорошо дает информацию о том, на каких частотах находятся предпочтительные колебания изделия.Вместо диаграммы параметры ускорения/час— тота вращения можно также пользоваться диаграммой амплитуда/частота вращения или диаграммой коэффициент искажений/частота вращения, Диаграмма коэффициент искажений/частота вращения имеет, в отличие от диаграммы параметры ускорения/частота вращения с возрастающими частотами, имеющей квадратичное увеличение, постоянную по частоте вращения форму, не считая содержащихся в ней пиков, На фиг.1 показан пример диаграммы параметры ускорения/частота вращения иэделия, на фиг.2 †.упрощенный график диаграммы параметры ускорения/частота вращения с соответствующей диаграммой высших гармоник; на фиг.3 — изображение сопоставления высших гармоник двух участков диапазонов из диапазона высших гармоник для выбираемых рабочих частот вращения вибратора.

На фиг.1 представлена типичная диаграмма параметры ускорения/частота вращения для диапазона частот вращения 1200-4800 об/мин, показывающая большое количество максимумов или пиков, в которых изображаются повышенные параметры ускорения с соответствующей частотой вращения.

Эти пики необязательно цолжны объясняться резонансными колебаниями с частотой возбуждения с помощью вибратора, если акселерометр чувствителен и к более высоким частотам, В этом случае акселерометр измеряет также ускорения колебаний с частотами вне рабочего диапазона. Может случиться так, что иэделие при частоте возбуждения, например, 40 Гц, колеблется лишь незначительно, однако несмотря на это акселерометр по20051

55 казывает там относительно высокое значение. Это является признаком того, что изцелие в этом случае сильно колеблется при соответствующих частоте 40 Гц высших гармоник, На фиг.2 представлена сильно упрощенная диаграмма параметры ускорения/частота вращения, соответствующая диаграмме, изображенной на фиг. !.

Эта диаграмма показывает колебания изделия с помощью вибратора с возрастающей частотой вращения вибратора и характеристики ускорения. Вибратор в этом случае приводится в действие начиная с частоты вращения 1200 об/мин до 6000 об/мин и частота вращения изменяется с шагом 20 — 30 об/мин и соответственно фиксируется соответствующее значение ускорения. При этом определяются три пика или максимума на частотах 30, 70 и 95 Гц.

С диаграммой параметры ускорения/

/частота вращения сопряжена изображенная на фиг.2 диаграмма верхних гармоник на которой диапазон верхних гармоник определен в пределах 100

2000 Гц. Затем для всех без исключения определенных пиков на циаграмме параметры ускорения/частота вращения или для соответствующих частот возбуждения рассчитываются высшие гармоники, причем для расчета высших гармоник частота возбуждения умножается соответственно на порядковые це( лые числа. Для принятого здесь примера пиков на диаграмме параметры ускорения/частота вращения при частотах

30, 70 и 95 Гц на определенной диа— грамме высших гармоник 100 — 2000 Гц получаются следующие вь:сшие гармони» ки: 30 х 2 = 60 Гц (недействительны, так как не находятся в установленном диапазоне гармоник), 30 х 3 = 90 Гц, 30х4 = 120 Гц, 30х 5 = 150 Гц, 30 х б = 180 Гц, 30 х 7 =- 210 Гц, 30 х х 8 = 240 Гц, 30 х 9 = 270 Гц, 30 х х 10 = 300 Гц, 30 х 11 = 330 Гц, 30 х 12 = 360 Гц, 30 х 13 = 390 Гц, 30 х 14 = 420 Гц, 30 х 15 = 450 Гц.

Предпочтительно учитываются толь- " ко первые 15-18 гармонических составляющих, так что для частоты возбуждения 30 Гц максимальная частота учитываемой высшей гармоники составляет 450 Гц. На фиг.2 нанссены соответственно только 5-я, 10-я и 15-я гармонические состав IRII.IIIие из следующих высших гармоник: 70 х 2

1620051

140 Гц, 70 х 3 = 210 Гц, 70 х 4

=280 Гц, 70 х 5 = 350 Гц, 70 х 6

= 420 Гц, 70 х 7 = 490 Гц, 70 х 8 =

=560 Гц, 70 х 9=630 Гц, 70 х 10 =700 Гц, 5

70 х 11 = 770 Гц, 70 х 12 = 840 Гц, 70 х 13 = 910 Гц, 70 х 14 = 980 Гц, 70 х 15=1050 Гц; 95 х 2 = 190 Гц, 95 х х 3 = 285 Гц, 95 х 4 = 380 Гц, 95 х 5=

=475 Гц, 95 х 6 = 570 Гц, 95 х 7 = .О

665 Гц, 95 х 8 = 760 Гц, 95 х 9 — 855 Гц, 95 х 10 = 950 Гц, 95 х 11 = 1045 Гц, 95 х 12 = 1140 Гц, 95 х 13 = 1235 Гц, 95 х 14 — 1330 Гц, 95 .х 15 = 1425 Гц, 15

На диаграмме высших гармоник в диапазоне 100-1000 Гц ширина полосы частот смежных участков определена в 6 Гц, Таким образом определено (2000 — 100):6 = 317 участков и 2О установлено такое количество высших гармоник на каждом участке, которое следует из частот вращения диаграммы параметры ускорения/частота вращения, при которых появляются пики; 25

Например, пятая гармоника вибратора, колебаний на 30 Гц, частота которой равна 150 Гц, попадает в девятый участок, ширина диапазона которого определена 148 - 154 Гц. В качестве 3g результата первой операции способа получают на каждом участке диапазона характерное для изделия количество высших гармоник, приходящихся на соответствующий участок диапазона.

Теперь диапазоны участков упорядочиваются в соответствии с количест1 вом высших гармоник, которые приходятся на соответствующий участок. Затем относительно простым способом из щ очень небольшого количества участков с максимальным количеством приходящихоя на них высших гармоник выбирают из диаграммы параметры ускорения/частота вращения соответствующие д базовые частоты и используют эти частоты вращения дпя вибрационного снятия внутренних напряжений.

На фиг,2 позицией 1 обозначен ход

50 кривой, которая воспроизводит статистическое распределение высших гар» моник, Под статистическим распределе- нием высших гармоник подразумевается такое распределение, которое, получается, если производится аналогичный указанному расчет высших гармоник, однако исходят не из частот, при которых в изделии получаются пики, а в основе лежит постоянная ширина шага, например j Гц, Статистическое распределение непостоянно по диапазону высших гармоник, а имеет максимум.

При использовании предлагаемого способа нормируют количество высших гармоник в отдельных диапазонах участков относительно этого статистического распределения, прежде чем упорядо" чивают диапазоны участков по их приоритету.

Можно получить еще более высокую оптимизацию снятия внутренних напряжений в изделии. Лля этого, исходя из пиков на диаграмме параметры ускорения/частота вращения, определяют ко- личество верхних гармоник в отдельных диапазонах участков, причем при необходимости это количество нормируется с помощью статистического распределения. Затем вновь определяется приоритет диапазонов участков и, например, из всех 317 участков диапазонов выбираются 100 с наивысшим приоритетом. Из этих выбранных 100 участков диапазонов высшие гармоники, которые привели к выбору этих участков диапазонов, подвергают дальнейшему исследованию. Для каждого из этих 100 участков диапазонов в семейство объединяются те частоты возбуждения из рабочего диапазона вибратора, которые генерировали в этом участке диапазона высшие гармоники.

Такое семейство может состоять, например, из 2-14.членов семейства.

Теперь в рабочем диапазоне вибратора сопоставляют членов семейства для всех 100 выбранных участков диапазонов и определяют в перечне приоритетов последовательность членов семейства в соответствии с числом их

l"ñòåïåHè родства". На фиг.3 выделены два участка диапазонов а и Ь, которые относятся к выбранным участкам диапазонов. С помощью относящейся к участку диапазона Cf цепочки стрелок обозначены те частоты из рабочего диапазона, которые генерировали высшие гармоники, приходящиеся на участок диапазона 0, и соответствующее проделано с участком диапазона Ъ. К семейству F относятся частоты

Е, Е1, f . и Ет, а к семейству F >— частоты f <, f » f и Е 6. Частота

f q представляет исключительный случай, так как относится как к семейству РО1,, так и к семейству Fg, 1620051

Эти семейства вследствие общей принадлежности к ним этой частоты f характеризуются как родственные. Частота f имеет степень родства, тогда

5 как все другие обозначенные на фиг.3 частоты на соответствуют никакой другой степени родства.

При большом количестве появляющихся в протоколе измерений в соответствии с фиг.1 пиков образуются семейства с очень большим количеством членов семейств и в соответствии с этим также высокие степени родства.

В рассмотренном упорядочении частот из рабочего диапазона вибратора на— ивысшие приоритеты отдаются тем частотам, которые имеют наибольшее число степеней родства. В упрощенном примере в соответствии с фиг, 3 час— тота f стоит на первом месте, тогда как все другие (степени родства равны нулю) располагаются на равных правах ниже, При реализации этого критерия выбора на практике получается очень 25 дифференцированный список с максимальным количеством степеней родст— ва, достигающим часто 10. Теперь .выбираются те частоты рабочего диапазона вибратора, которые в этом списке имеют наивысшие степени poq— ства.

В критерии выбора с помощью "образования семейств исходят из того, что те частоты, которые предлагаются в результате исследований в диапазоне

35 высших гармоник (образование участков и выбор) для выбора, являются более существенными в рабочем диапазоне вибратора, и к тому же имеют по возможности большое количество степеней ,родства, так как каждая степень родства означает, что с выбором только одной частоты (в указанном примере частота f учитывается дополнительный диапазон высших гармоник (оба участка диапазонов q и b).

В описанном примере относительно подвергаемого снятию внутренних напряжений изделия исходят из диаграммы параметры ускорения/частота вращения, на которой определяются максимумы и из них затем путем вычислений соответствующие высшие гармоники. Однако имеется также возможность регистрировать возникающие в иэделии высшие гармоники с помощью измерительной техники и затем их оценивать с помощью описанного критерия выбора. Регистрация высших гармоник с использованием измерительной техники может осуществляться с помощью известных методов гармонического анализа или им подобных. Ни практике в большинстве случаев достаточно определить распределение высших гармоник лишь для немногих частот вращения вибратора, так как вследствие сильно нелинейного возбуждения вибратором образуются гармонические составляющие основной частоты, а возбуждение осуществляется в относительно широком спектре частот, Если при измерении высших гармоник определяют соответствующ1".й спектр высших гармонпк цля всех частот вращения вибратори, при которых появляются пики, способ может реализоваться идентично и, так как при измерении B диапазоне высших гармоник получают еще и амплитуды высших гармоник, могут также и эти амплитуды включатьс. 1 в оптимизацию, при— чем предпочтение отдается тем высшим гармоникам, которые приводят к большим амплитудам. Прн этом составляют первую диаграмму высших гармоник,на которой наносят плотность i1ли 110ВТо ряемость определенных высших гармоник в полосе частот высших гармоник, н затем вторую диаграмму высших гармоник, на которой наносят значения амплитуд. Путем объединегп1я этих диаграмм, например, путем перемножения находящихся выше соответствующих чистОт значений обеих диагp Iìì полу чают третью диаграмму, которая может быть положена в основу дальнейшей оценки.

Если при частотном анализе не ñîñтавляют никакой диаграммы параметры ускорения/частота вращения, оптимизации путем установления "степени родства" проведена быть не может, В этом случае рекомендуется привлекать критерий измеренных амплитуд высших гармоник, Вместо используемой обычно на практике диаграммы параметры ускорения/частота вращения можно составлять также диаграмму амплитуда/частота вращения, которая на абсциссе вместо параметров ускорения учитывает размахи амплитуд изделия, Эти диаграмма похожа на,диаграмму параметры ускорения/частота вращения, Не—

1620051

12 сколько иной диаграммой является диаграмма коэффициент искажений/частота вращения. Коэффициент искажений может определяться по формуле

К(1) = — =: — ——

Xl где Х

Х

К амплитуда колебаний при основной частоте возбуждения, амплитуда колебаний при К-й гармонической составляющей относительно основной частоты1 ограничительное число, как 15 целоечисло из Е „ Р„, причем Г к — наивысшая граница определенного диапазона выс .лх гармоник (в ука э а ином пример е 2000 Гц) 20 и. à — соответствующая

3 основная частота возбуждения.

Ко эффи ци е нт ис каже ний может быть получен с помощью анализа спектра часч от, а также с помощью простых средств техники измерений. Анализ спектра частот воспроизводит в основном часть высших гармоник колебания в соответствии с основной частью, что может быть реализовано путем соответствук щей установки фильтра, которая для указанного примера предусматрчвает ограничение в 100 Гц. По сравнению с диаграммой параметры ускорения/частота вращения диаграмма коэффициент искажения/частота вращения не имеет такого сильного подъема к более высоким частотам (даже без резонансных пиков диаграмма параметры ускорения/частота вращения имеет квадратичный подъем над частотой вращения).

35

1. Способ обработки изделий, включающий измерение резонансных частот изделия, воздействия вибрации на этих частотах в рабочем диапазоне

50 частот вибратора., отличающийся тем, что, с целью снятия внутренних напряжений, предварительно определяют высшие гармоники колебаний изделия, соответствующие резонансным частотам, а вибрацию осуществпяют на частотах, которые образуют максимальные скопления высших гармо45

Формул а изобретения ник колебаний в заданном диапазоне частот.

2. Способ по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что скопление высших, гармоннк частот колебаний изделия определяют путем вычисления, 3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что скопления высших гармоник частот колебаний изделия определяют путем экспериментальных измерений.

4. Способ по п,3, о т л и ч а юшийся тем, что для определения скопления высших гармоник строят графическую зависимость плотности высших гармоник от частоты и из этого графика выбирают гармоники с заданной амплитудой.

5. Способ по пп.1-4, о т л и— ч а ю шийся тем, что при определении скоплений высших гармоник колебаний изделия выбирают те участки диапазонов, которые имеют наибольшее число высших гармоник с предварительным нормированием относительно их статистического распределения.

6. Способ поп. 5, о тл ичаюшийся тем, что обработку проводят на частоту из рабочего диапазона вибратора, которая образует наибольшее количество заданных участков диапазонов высших гармоник.

7. Способ по п. 6, о т л и ч а ю= шийся тем, что в качестве частоты обработки выбйрают ту, которая является приоритетной в соответственно наибольшем количестве заданных участков диапазонов высших гармоник.

8. Способ по п,7, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве частоты обработки выбирают частоту с исключением тех . высших гармоник, которые уже явились определяющими для выбора предыдущего значения частоты обработки, 9. Способ по пп.1-8, о т л и ч аю шийся тем, что при определении резонансных частот и высших гармоник измеряют .появляющиеся в;изде-лии при воздействии вибрации параметры ускорения или коэффициенты искажения.

1620051

1620051

Составитель А, Кулемин

Редактор И.Горная Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Заказ 57 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,. 101