一、振動時效技術(shù)應(yīng)用

振動時效技術(shù)，國外稱之為“Vibrating Stress Relief”簡稱“VSR”,旨在 通過專業(yè)的振動時效設(shè)備，使被處理的工件產(chǎn)生共振，并通過這種共振方式將一定的振動能量傳遞到工件的所有部位，使工件內(nèi)部發(fā)生微觀的塑性變形――被歪曲的晶格逐漸 回復(fù)平衡狀態(tài)。位錯重新滑移并釘扎，從而使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以消除和均化，最終防止工件在加工和使用過程中變形和開裂，保證工件尺寸精度的穩(wěn)定性。

二、 振動時效的特點(diǎn)

1. 時效效果好

2. 靈活性強(qiáng)

3. 徹底解決了熱時效爐窯的環(huán)境污染問題

4. 投資少

5. 節(jié)能顯著

6. 效率高

7. 特別時候不宜高溫時效的材料和零件的消除應(yīng)力處理

表一 振動時效與熱時效特點(diǎn)比較

項(xiàng)目 熱時效 振動時效

應(yīng)力消除 40－80％ 30－90％

能源消耗 高 比熱時效節(jié)能95％

環(huán)境保護(hù) 有煙氣粉塵廢渣排放 無污染

尺寸穩(wěn)定性 較好 比熱時效提高30％以上

生產(chǎn)費(fèi)用 150－300元/噸 4－10元/噸

時效周期 20－60小時 20－50分鐘

抗變形 較差 比熱時效提高30－75％

時效氧化 較大 可忽略不計(jì)

時效變形 有 無

大型工件 無法進(jìn)爐處理 可方便就地處理

三、 振動時效的由來及現(xiàn)狀

1. 由來及國外的應(yīng)用情況

在工件的鑄造、焊接、鍛造、機(jī)械加工、熱處理、校直等制造過程中在工件的內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的存在 必然會導(dǎo)致一些不良的后果出現(xiàn)。

如：降低工件的實(shí)際承載能力而生裂紋；

易發(fā)生變形而影響工件的尺寸精度；

加速應(yīng)力腐蝕；

降低工件的疲勞壽命等。

消除應(yīng)力有：自然時效、熱時效、振動時效、靜態(tài)過載時效、爆炸時效、循環(huán)加載時效等，雖然都有有缺點(diǎn)，但都在一定程度上達(dá)到消除和均化的目的。

振動時效源自于敲擊時效，在焊接中，施焊一段時間后立即用小錘對焊縫及周邊進(jìn)行敲擊以防止裂紋產(chǎn)生，其原因就是隨時將焊接應(yīng)力消除一些，以免最終產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。

敲擊法能量有限，后來發(fā)現(xiàn)使工件產(chǎn)生共振時，可給工件出入最大的振動能力，從而于1915年在美國產(chǎn)生世界上第一臺關(guān)于振動消除殘余應(yīng)力的專利。直到五十年代后期，電動機(jī)制造水平的提高，輕巧的振動時效設(shè)備陸續(xù)在美國、德國、英國、法國、蘇聯(lián)等國家出現(xiàn)，并不斷地被應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)中，大量的實(shí)際應(yīng)用證明這種方法比熱時效更能提高工件的尺寸穩(wěn)定性。

2. 國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀

國內(nèi)發(fā)展較晚，首先由孫照清總工程師等老一輩技術(shù)專家于74年出國考察，把技術(shù)帶回國內(nèi)，并開始在機(jī)械部、航空部研究移植，并在“六五”期間在機(jī)械部提出攻關(guān)課題―――提高機(jī)床鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的大課題里面確定“振動時效可行性研究”。八五年機(jī)械部特批二萬五千美金與美國馬丁公司合作，引進(jìn)當(dāng)時世界上最先進(jìn)的VSR－－790型振動時效設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。

特別是九一年JB/T5926-91《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)時效設(shè)備要求》標(biāo)準(zhǔn)的誕生，使該技術(shù)得以較快的推廣和發(fā)展。

四、 振動時效的特點(diǎn)

振動時效的實(shí)質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動應(yīng)力，當(dāng)附加動應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過材料的屈服極限時，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。

其特點(diǎn)有：

1. 投資少

2. 生產(chǎn)周期短

3. 使用方便

4. 適應(yīng)性強(qiáng)

5. 節(jié)約能源，降低成本

6. 機(jī)械性能顯著提高

7. 符合環(huán)保要求

9. 可避免金屬零件在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。

五、 振動時效的機(jī)理

1. 從宏觀的角度分析，振動時效使零件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力，無疑是導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。由振動時效的加載試驗(yàn)結(jié)果可知，振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件，也高于經(jīng)熱時效處理的零件。

2. 從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加的動應(yīng)力。

3. 從錯位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上解釋，其主要觀點(diǎn)是振動時效處理過程實(shí)際上是通過在工件的共振狀態(tài)下，給工件的每一部位（晶格）施加一定的動能量，如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值之和，足以克服微觀組織周圍的井勢（恢復(fù)平衡的束縛力），則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形，使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地恢復(fù)平衡狀態(tài)，使應(yīng)力集中處的錯位得以滑移并重新釘扎，達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。

六、 振動時效工藝過程

A.振動工藝裝備如圖所示：它是將一個具有偏心重塊的電機(jī)系統(tǒng)(激振器)用卡具安放在工件上并將工件用膠墊等彈性物體支承。通過主機(jī)控制電機(jī)并調(diào)速，使工件處于共振狀態(tài)。一般工件經(jīng)30分鐘的振動處理即可達(dá)到調(diào)整均化殘余應(yīng)力的目的。

主機(jī)：控制電機(jī)的啟動及調(diào)速、信號的收集、處理、顯示及打印參數(shù)

激振器：強(qiáng)迫工件振動并將電機(jī)轉(zhuǎn)速及激振頻率反饋回主機(jī)

拾振器：把振動響應(yīng)如加速度幅值等反饋回主機(jī)

卡具：將激振器牢牢固定在工件正確位置上

膠墊：隔振、降噪，防跑件

B.工藝選擇

1、激振頻率：選擇共振區(qū)別明顯處，一般鑄件可以采用中頻大激振力，焊接件可分頻激振。

2、激振力：由構(gòu)件上最大的動應(yīng)力來確定，即應(yīng)保證 σd+σr≥[σ]。Σd與構(gòu)件的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般鑄件為?2kgf/mm2,軟鋼件為?7kgf/mm2。

3、激振時間：振動的前10分鐘殘余應(yīng)力變化最快，20分鐘后趨于穩(wěn)定，一般認(rèn)為處理20-50分鐘即可。

工件重量（T） ﹤1 1-3 3-6 6-10 10-50 ﹥50

振動時間（min） 10 12 15 20 25 30-50

4、激振點(diǎn)和支撐點(diǎn)：支撐點(diǎn)應(yīng)該在工件振動節(jié)點(diǎn)上，激振點(diǎn)一般在兩點(diǎn)支撐點(diǎn)間剛性較大的位置上。(亞共振方式，或者傳統(tǒng)振動時效）

5、用振動時效過程中測出的動態(tài)參數(shù)曲線，根據(jù)曲線的變化、現(xiàn)場，及時判斷振動效果，是國內(nèi)外推薦認(rèn)可的方法。

振動時效最重要的幾個參數(shù)是：“支撐點(diǎn)、振型、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)、加速度、固有頻率、時間。”其中振動加速度、共振頻率、共振時間是決定時效工藝效果的主要參數(shù)。

振動時效的實(shí)質(zhì)，是在工件的低頻亞共振點(diǎn)，穩(wěn)定地亞共振振動15-30分鐘左右，使共振峰出現(xiàn)變化，內(nèi)部發(fā)生微觀的彈性塑性力學(xué)變化，從而實(shí)現(xiàn)時效目的。

六，傳統(tǒng)振動時效設(shè)備在應(yīng)用中的問題有那些？

1 振動時效必須是受過專業(yè)培訓(xùn)的人員操作，一般的工人即使受過培訓(xùn)也很難掌握這項(xiàng)技術(shù)；

2 有些復(fù)雜的工件必須是熟練的專業(yè)技術(shù)人員操作，一般工廠很難做到；

3 工件在單件生產(chǎn)時調(diào)整相當(dāng)繁瑣，拾振器支撐點(diǎn)和激振點(diǎn)很難調(diào)到最佳狀態(tài)，一種工件就需要制訂一種工藝；

4 需要操作者確定處理參數(shù)，對人的技能要求比較高

5 由于有效振型較少，經(jīng)振動時效處理后達(dá)不到較高精度要求,很難納入工藝

6 許多工件由于剛性和固有頻率太高，找不到共振峰無法振動；機(jī)械制造業(yè)覆蓋面僅為23%

7 噪聲過大也是難以推廣的主要原因。