Способ обработки изделий

,00, 1/О С 2 БАЙИ ИБЛЫГ ь 1 БДИ ОМИТЕТТНРЫТИРМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР НИЯ(72) Дитмар Шна мбХ РЕ кл к обработжет быть и машиноР С;", напряженнь влени и ущност т том к с о- ени п троен х ко згот ении напр Цел ренних Сущ в том, вращен диапаз или 20 пазоне 100-20 Бюл, 91инжинеринйдер (0 Е)53) 621.785.79 (088.8)56) Заявка ФРГ М 7005792л. С 21 0 1/30, 1983.Патент США 11 3677831,48-12,9, 1985,(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕ (57) Изобретение относится ке металлов вибрациейи мо использовано в металлургии строении при изгото и конструкций, Цель изобрет тие внутренних напряжений изобретения заключается в Изобретение относится к обр аллов вибрацией и может быт ьзовано в металлургии и маш струкции,изобретения - снятие внутнапряжений.ость изобретения заключаетсячто для отдельных частотя вибратора в его рабочемне (например, 1200-6000 об/ми100 Гц) и в определенном диавысших гармоник (например,0 Гц) определяются соответстгармоники тех колебаний, в ко 80162 ОО изделие подвергается вибрациям выбранных значений частот вращения вибратора, Выбор значений частст вращения вибратора заимствуют иэ цэь 1 ере"ния, которое воспроизводит вибраццоцную характеристику цздецця цр во буждении с помощью вибратара в егорабочем диапазоне и прц котором дляотдельных значений частот вращениявибратора в его раоочем дцапаэоев определенном диапазоне высших гармоник определяются соответствующиевысшие гармоники тех колебаний, в которых в рабочем диапазоне появляютсярезонансные явления или цм подобныестабильные колебательцые с.остояцця.При этом для снятия внутренних напряжений в изделии выбираются тозначения частот вращения, которыеявляются причиной скопления гармаикв определенном диапазоне высших гар -моник,8 з.п, ф-лы, 3 цлторых в рабочем диапазоце появляются явления резонанса или им подобные стабильные колебательные состояния, и что для снятия внутренних напряжений в изделии выбираются те значения частот вращения вибратора в его рабочем диапазоне, которые являются причиной скопления гармоник в определенном диапазоне высших гармоик,Распределение гармоник, распространяющихся в изцелии по причине возбуждения вибратора колебаний, дает зцзчительно лучшую информацию о том, при каких частотах возбужпения вцбратора в его рабочем диапазоне должно ссу -ществляться снятие внутренних напряжений, чем появляющиеся в самом рабочем диапазоне пики, Изделия должныбыть не очень сложными, чтобы иметьбольшое количество стабильных колебательных состояний, которые лежат далеко за пределами диапазона частот,;в котором эксплуатируется вибратор. Спомощью анализа диапазона высших гармоник для отдельных частот вращениявибратора, при которых изделие склонно к стабильным колебаниям, получаютинформацию о том, какие частоты вращения вибратора приводят к скоплению 15колебаний в диапазоне высших гармоники какие рабочие частоты вращения вибратора являются существенными дляснятия внутренних напряжений, Существенными необходимо считать те рабочие колебания вибратора, которые приводят к по возможности большому количеству возбуждений в диапазоне высшихгармоник.Для определения скопления гармоник 25в определенном диапазоне высших гармоник можно идти двумя путями, Например, в рабочем диапазоне вибратораопределяются явления резонанса илиим подобные прочие стабильные коле Обательные состояния и для определенных на вибрационной характеристикепиков определяются математическим путем соответствующие высшие гармоники.Затем из этих определенных математи 35чес ким путем пар аме тров гармоник определяют,. какие параметры из рабочего диапазона вибратора являются причиной скопления высших гармоник,Высшие гармоники определяются также путем измерений. Здесь можно дей-,ствовать с помощью обычных методовчастотного анализа благодаря тому,что изделие возбуждается с помощьювибратора с непрерывно возрастающейчастотой вращения или небольшими ступенями частоты вращения или на изделиевоздействуют определенным уцарным имлульсом, чтобы определить колебаниявысших гармоник,50В качестве дополнительных критери"ев выбора предпочтительно использовать амплитуды измеренных высших гар"моник. Чем больше амплитуда, тембольше пригодна относящаяся к этойвысшей гармонике рабочая частота дляснимающего внутренние напряжения вибратора, поэтому в способе скоплениевысших 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 сня" тия 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.1Можно определять другие значениячастот вращения. вибратора для снятиявнутренних напряжений из приоритетазначений 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 диапазонов20051 5 1 б соответственно выбирается следующая рабочая частота вращения вибратора.1Способ 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/частота 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 изделияф 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 по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 казывает там относительно высокоезначение. Это является признакомтого, что изделие в этом случае сильно колеблется при соответствующихчастоте 40 Гц высших гармоник,На фиг,2 представлена сильно упрощенная диаграмма параметры ускорения/частота вращения, соответствующаядиаграмме, изображенной на фиг. 1,Эта диаграмма показывает колебанияизделия с помощью вибратора с возрастающей частотой вращения вибратора ихарактеристики ускорения. Вибраторв этом случае приводится в действиеначиная с частоты вращения 1200 об/миндо 6000 об/мин и частота вращения изменяется с шагом 20 - 30 об/миц и соответственно фиксируется соответствующее значение ускорения, При этом определяются три пика или максимума начастотах 30, 70 и 95 Гц,С диаграммой параметры ускореция//частота вращения сопряжена изображенная на фиг,2 диаграмма верхнихгармоник на которой диапазон верхнихгармоник определен в пределах 1002000 Гц, Затем для всех без исключения определенных пиков на циаграмме параметры ускорения/частота вращения или для соответствующих частотвозбуждения рассчитываются высшие гармоники, причем для расчета высшихгармоник частота возбуждения умножается соответственно на порядковые целые числа. Для принятого здесь примера пиков на диаграмме параметры ускорения/частота вращения при частотах30, 70 и 95 Гц на определенной диаграмме высших гармоник 100 в 20 Гцполучаются следующие вь:сшце гармоники: 30 х 2 = 60 Гц (цедействительцы,так как не находятся в устацовленномдиапазоне гармоник), 30 х 3 = 90 Гц,30 х 4 = 120 Гц, 30 х 5 = 150 Гц,30 х б = 180 Гц, 30 х 7 =- 210 Гц, 30 хх 8 = 240 Гц, 30 х 9 = 270 Гц, 30 хх 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 гармоццческцх составляющих, так что для частоты возбуждения 30 Гц максимальцая частотаучитываемой высшей гармоники составляет 450 Гц. На фиг,2 нанесены соответственно только 5-я, 10-я и 15-ягармонические составляюшие цз следующих высших гармоник; 70 х 2140 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, 70 х 11 = 7 О 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 = ,О665 Гц, 95 х 8 = 760 Гц, 95 х 9 - 855 Гц, 95 х 10 = 950 Гц, 95 х х 11 = 1045 Гц, 95 х 12 = 1140 Гц, 95 х 13 = 1235 Гц, 95 х 14 - 1330 Гц, 95 .х 15 = 1425 Гц. 15На 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 2 О 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 3 О 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 количест 1 вом высших гармоник, которые приходятся на соответствующий участок. Затем относительно простым способом из щ очень небольшого количества участков с максимальным количеством приходящихся 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 ход50 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 1 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 диапа" зонов 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 цля всех 100 выбранных участков диапазонов и определяют в перечне приоритетов последовательность членов семейства в соответствии с числом их "степени родства". На фиг.3 выделены два участка диапазонов а и Ь, которые относятся к выбранным участкам диапазонов, С помощью относящейся к участку диапазона 4 цепочки стрелок обозначены те частоты из рабочего диапазона, которые генерировали высшие гармоники, приходящиеся на участок диапазона О, и соответствующее проделано с участком диапазона Ъ. К семейству Г относятся частоты 1 а, 249 Гз и Г 7 Ф а к семейству Ров ьчастоты Г, Г, Г и 16. Частота Г представляет исключительный случай, так как относится как к семейству Гощу, так и к семейству Рц1620051 50 Эти семейства вследствие общей принадлежности к ним этой частоты Г характеризуются как родственные. Частота Г имеет степень родства, тогда5 как все другие обозначенные на фиг,З 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 частотиз рабочего диапазона вибратора наивысшие приоритеты отдаются тем частотам, которые имеют наибольшее число степеней родства. В упрощенномпримере в соответствии с фиг, 3 час -тота Г стоит на первом месте, тогдакак все другие (степени родства равнынулю) располагаются на равных правахниже, При реализации этого критериявыбора на практике получается очень 25дифференцированный список с максимальным количеством степеней родства, достигающим часто 10. Теперь.выбираются те частоты рабочего диапазона вибратора, которые в этомсписке имеют наивысшие степени роцства.В критерии выбора с помощью "образования семейств исходят из того,что те частоты, которые предлагаютсяв результате исследований в диапазоне35высших гармоник (образование участкови выбор) для выбора, являются болеесущественными в рабочем диапазоневибратора, и к тому же имеют по возможности большое количество степеней,родства, так как каждая степень родства означает, что с выбором толькоодной частоты (в указанном примеречастота Й учитывается дополнительный диапазон высших гармоник (обаучастка диапазонов о и Ь),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 высшихгармоник с использованцем измерительной техники может осуществляться с помощью известных методов гармонического анализа илц им подобных. Напрактике в большинстве случаев достаточно определить распределение высших гармоник лишь для немногихчастот вращения вибратора, так каквследствие сильно нелинейного возбуждения вибратором образуются гармонические составляющие основной частоты, а возбуждение осуществляетсяв относительно широком спектре частот, Если при измерении высших гармоник определяют соответствующий спектр высших гармонцк цля всех частот вращения вцбратора, прц которыхпоявляются пцкц, способ может реализоваться идентично ц, так как прцизмерении в диапазоне высших гармоник получают еще и амплитуды высших гармоник, могут также и этц амплитуды включаться в оптцлгцзаццю, прц -чем предпочтение отдается тем высшимгармоникам, которые приводят к большим амплитудам, Прц этом составляютпервую диаграмму высших гармоник,накоторой наносят плотность цлц повторяемость определенных высших гармоник в полосе частот высших гармоник, цзатем вторую диаграмму высших гармоник, на которой наносят значения амплитуд, Путем объединения этих дцаграмм, например, путем перемпожения находящихся выше соответствующих частот значений обеих диаграмм получают третью диаграмму, которая можетбыть положена в основу дальнейшей оценки.Если при частотном анализе не составляют 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, Эта диаграмма похожа на,диаграмму параметры ускорения/частота вращения, Не 1620051 12сколько иной диаграммой является диаграмма коэффициент искажений/частота вращения. Коэффициент искажений может определяться по формулеК(1) = - = ---Х 1 амплитуда колебаний при основной частоте возбуждения, 1 Оамплитуда колебаний при К-йгармонической составляющейотносительно основной частоты 1ограничительное число, как 15целое число из Едк 1причем Г - наивысшаяграница определенного диапазона выснх гармоник (вукаэанном примере 2000 Гц) 20и. Г- соответствующаяосновная частота возбуждения. где Х Х К25 Коэффициент искажений может быть получен с помощью анализа спектра частот, 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 соответствукщей установки фильтра, которая для указанного при. мера 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). 30 35 40 1. Способ обработки изделий, вклю" чающий измерение резонансных частот изделия, воздействия вибрации на этих частотах в рабочем диапазоне50 частот вибратора., о т л и ч а ю- щ и й с я 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 гармо 45Формула изобретения ник колебаний в заданном диапазонечастот.2, Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что скопление высших,гармоннк частот колебаний изделия определяют путем вычисления,3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что скопления высших гармоник частот колебаний изделия определяют путем экспериментальных измерений.4. Способ по п,З, о т л и ч а ющ и й с я 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 щ и й с я 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 по п. 5, о т л и ч а ющ и й с я 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= щ и й с я 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 ющ и й с я 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 щ и й с я тем, что при определении резонансных частот и высших гармоник измеряют .появляющиеся в;изде- лии при воздействии вибрации параметры ускорения или коэффициенты искажения, 16200511620051 Составитель Л, Кулеминорная Техред Л.Сердюкова Патай ррек едакто Подписное ственно-издатель.кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,. 101 ои Заказ 57 ТиражВНИИПИ Государственного комитет113035, Москва,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС