振動時效技術(shù)應(yīng)用

??振動時效技術(shù)，國外稱之為“Vibrating Stress Relif”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)。

振動時效與熱時效的對比

??時效效果好，靈活性強，徹底解決了熱時效爐窯的環(huán)境污染問題；投資少，節(jié)能顯著，效率高，特別是不宜高溫時效的材料和零件的消除應(yīng)力處理。

振動時效的由來及國外的應(yīng)用情況

??在工件的鑄造、焊接、鍛造、機械加工、熱處理、校直等制造過程中，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：降低工件的實際承載能力而產(chǎn)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，雖然都有缺點，但都在一定程度上達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子對焊縫及周邊進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)生世界上第一臺振動消除殘余應(yīng)力的設(shè)備。直到五十年代后期，電動機制造水平的提高，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)用到機械制造中，大量地實際應(yīng)用證明這種方法比熱時效更能提高工件地尺寸穩(wěn)定性。

國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀

??國內(nèi)發(fā)展較晚，首先右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)，并開始在機械部、航空部研究移植，并在“六五”期間在機械部提出攻關(guān)課題----提高機床鑄件產(chǎn)品質(zhì)量地大課題里面確定“振動時效可行性研究”。 85年機械部特批25000美金與美國馬丁公司合作，引進當(dāng)時世界上最先進的VSR-790型振動時效設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。特別是1991年JB/T 5926-91《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)時效設(shè)備要求》標(biāo)志的誕生，使該技術(shù)得以較快的推廣和發(fā)展。

振動時效的特點

??振動時效的實質(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，并使其尺寸精度達到穩(wěn)定。其特點有：投資少，生產(chǎn)周期短，使用方便，適應(yīng)性強，節(jié)約能源，降低成本，機械性能顯著提高。符合環(huán)保要求，操作簡單，易于實現(xiàn)機械自動化，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。

振動時效的機理

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件的動應(yīng)力。

3.從錯位、晶格滑移等金屬理論上解釋

??其主要觀點是振動時效處理過程中實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，從而達到均化和消除殘余應(yīng)力的目的。

振動時效的工藝過程

1.振動工藝裝備

??振動時效的工藝裝備是將一個具有偏心重塊的電機系統(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。通過主機控制電機并調(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到調(diào)整均化殘余應(yīng)力的目的。
??主機：控制電機的啟動和調(diào)速、信號的收集、處理、顯示及打印參數(shù)。
??激振器：強迫工件振動并將電機轉(zhuǎn)速及激振頻率反饋回主機。
??拾振器：把振動響應(yīng)如加速度幅值等反饋回主機。
??卡具：把激振器牢牢固定在工件正確位置上。
??膠墊：隔振、降噪、防跑件。

2.工藝選擇

?? 激振頻率：選擇共振區(qū)別明顯，一般鑄件可以采用中頻大激振力，焊接件可分頻激振。
??激振力：由構(gòu)件上最大的動應(yīng)力來確定，即應(yīng)保證бd+бr≧【б】.Σd與構(gòu)件的材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般鑄件為正負2kfg/mm2，軟鋼件為正負7kfg/mm2.
??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 ? 10-15 ? >50;
?? 振動時間（min）10??12 ? ? 15 ?? 20? ? 25? ? 30-50.
??激振點和支撐點：支撐點應(yīng)該在工件振動節(jié)點上，激振點一般在兩點支撐點間剛性較大的位置上（亞共振方式或者傳統(tǒng)振動時效）。
??方法：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、振型、激振點、拾振點、加速度、固有頻率、時間。其中，振動加速度、共振頻率、共振時間，是決定時效工藝的主要參數(shù)。振動時效的實質(zhì)是在工件的低頻亞共振點，穩(wěn)定的亞共振振動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，從而實現(xiàn)時效目的。