振動時效工藝過程

振動時效處理過程是將激振器剛性夾持在被處理工件的適當位置，首先根據(jù)*件大小，形狀和夾持情況來調(diào)節(jié)激振頻率，*好使*件在其固在頻率下進行共振，然后根據(jù)*件所需動應力或振幅的大小來調(diào)節(jié)激振力。*件的振動狀態(tài)和動應力，可用測量振動和應力的儀表來檢測。通常將感受元件(加速度計或應變計)接于被振物體上，振動時，感受元件把接收到的振動信號送往測試儀表，經(jīng)放大電路將信號放大并指示出各種所需的參數(shù)值。振動狀態(tài)的主要指示參數(shù)是振幅、動應力、頻率和振型。振動狀態(tài)和激振力的控制是通過控制激振器的控制裝置來實現(xiàn)的。它能調(diào)節(jié)激振力、激振頻率和振動時間。被處理*件在所需頻率和動應力下振動一段時間后，*好能對殘余應力進行跟蹤判斷，達到時效效果振動時效即告結(jié)束，這個工藝過程一般為幾分鐘或幾十分鐘。

概括起來講振動時效的工藝過程分四步進行:

*一步:首先用彈性橡膠墊將要時效處理的工件在其節(jié)線附件支撐起來，并將激振器用弓形卡具卡緊在工件振動時的波峰處，將測試工件振動情況的傳感器用磁座吸緊在工件上，并用專用電纜線將激振器、傳感器和控制器連接起來，這一步又稱為準備過程。

*二步:振動時效設(shè)備以掃描的方式自動檢測出被時效處理工件的固有共振頻率和應該給工件振動能量的大小，這一步又稱為振前掃描。

*三步:振動時效設(shè)備以*二步測得參數(shù)為依據(jù)自動確定出對工件進行振動處理的振動頻率，并對工件進行振動時效處理，在處理過程中隨時檢測振動參數(shù)和工件殘余應力的變化，對殘余應力進行動態(tài)跟蹤，但殘余應力不再消除時即適時停止處理過程，這一步又稱為振動處理過程。

*四步:振動處理完畢后，振動時效設(shè)備自動對被時效處理工件的參數(shù)進行再一次檢測，以便依據(jù)JB/T5926-91或JB/T10375-2002標準，對振動時效進行判定。這一步又稱為時效效果檢測過程或振后掃描。

振動時效工藝實際上是指對工件的幾個振動時效參數(shù)的確定，振動時效的幾個主要參數(shù)是:振動頻率、振動時間、動應力、工件的振型(用來確定工件的支承位置，激振器和傳感器的裝夾位置) ，下面將對這幾個參數(shù)進行較為詳細的說明。

一、振動頻率的確定

在共振狀態(tài)下，可用*小的振動能量，使工件產(chǎn)生*大的振幅，得到*大的動應力和動能量，從而使工件中的殘余應力消除的更，工件獲得的尺寸穩(wěn)定性效果更好。

振動時效中的共振狀態(tài)，是在外部激振器激振力的持續(xù)作用下，*件處于“受迫振動”時的一個特殊狀態(tài)。它的條件是激振頻率接近工件的固有頻率，這時振動特性中的振幅—頻率曲線出現(xiàn)一個峰值，振幅的陡然*大對振動時效產(chǎn)生附加動應力有利。

工件在振動時效時是一個振動體，它與其支承用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個振動系 統(tǒng)，當該系統(tǒng)進行自由振動時，根據(jù)振動學原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度和阻尼有關(guān)。這個頻率是由系統(tǒng)固有性質(zhì)所決定的，稱為固有頻率。

振動時效中一個工件和它的支承體組成振動學中一個質(zhì)量和一個彈簧的振動系統(tǒng)，它的固有頻率可用下列通式表示:

f_n^‘ =2π   式中:f_n——固有頻率(Hz) ；K——彈簧的剛度(Kg/cm) ；m——振動體質(zhì)量(Kg)。

圖4-1示出了某均質(zhì)等截面梁彎曲振動時的頻率及相應的振型。 由振動頻率的方程解及上圖可知，具有幾個自由度的振動系統(tǒng)，有幾個固有頻率，按低至高頻順序分別稱為:*一固有頻率(基本固有頻率)；*二固有頻率......。對于每一個固有頻率都有一個確定的位移形態(tài)，稱為振型，就是說，對應每一個固有頻率都有對應的一個振型。

工件振動頻率的確定也就是振型的確定，振型的分析是振動時效工藝的關(guān)鍵，根據(jù)振動時效工件可能出現(xiàn)的振型，合理地支撐工件及裝卡激振器的位置。振型的分析可參考下圖進行。

工件的固有共振頻率可用振動時效設(shè)備本身來測定，以JH-200A系列振動時效設(shè)備為例，只要按一下控制器面板上的 “運行”按鈕，整套裝置就會在其掃頻范圍內(nèi)尋找出被時效工件的固有共振頻率，并將固有頻率值、固有頻率下所對應的工件的*大振動加速度值及工件在固有頻率周圍的振動趨勢圖打印出來，使操作者一目了然。

振動頻率一般選擇在共振峰前沿，即工件的亞共振區(qū)，一般確定在共振峰高度的～所對應的頻率范圍內(nèi)，如圖4-2所示，該工件的固有共振頻率為4500r/min，共振時產(chǎn)生的*大振動加速度(峰值)為100.0m/s²，則對工件的振動時效頻率就確定為工件的振動加速度值在60.0-80.0m/s²區(qū)域內(nèi)所對應的頻率。具體的確定方式有二種:

1.手動調(diào)節(jié)。首先將激振器頻率調(diào)節(jié)到工件固有頻率以下100r/min處，即4400r/min，觀察控制器上加速度的值，然后再用手動慢慢升速，使加速度值升高在60～80m/s²范圍內(nèi)，具體掌握在多大的頻率下，還要看工件的振動情況，若工件在共振狀態(tài)時振動很激烈，則可選擇在1/3～1/2范圍內(nèi)，若工件振動不是很激烈，則選擇在1/2～2/3范圍內(nèi)。

2.自動調(diào)節(jié)。JH-200A系列全自動控制器會自動地控制整套設(shè)備對工件進行頻率、振動情況的測定，并給出數(shù)據(jù)及曲線圖，并根據(jù)*系統(tǒng)自動地確定對工件的振動頻率，這一切無需人工干預，而需按一下自動按鈕就可完成。

二、振動時間的確定

由于各種*件的結(jié)構(gòu)和重量不同，殘余應力的大小和分布不同，振動時效時選用的振動時間也應有所不同。振動時間的長短對振動時效的效果，尤其是獲得*佳技術(shù)和經(jīng)濟效果是有一定影響的。

振動工藝是選擇在工件的亞共振區(qū)進行較長時間的亞共振處理，那么，究竟選擇多長時間為宜呢?經(jīng)過大量的試驗證明，振動消除殘余應力大部分是在前5分鐘內(nèi)完成的，5分鐘之后的處理效果已不再明顯。為此，我們一般按表4-1原則選擇振動處理時間，經(jīng)過十幾年的證明，基本上能滿足振動工藝的要求。 表4-1

如果工件的剛度較大，振動不是很激烈，可在表4-1的基礎(chǔ)上再延長3～5分鐘的振動時間。

三、動應力的確定

振動時效過程中，激振器施加給工件以與其周期交變力相對應的動態(tài)附加應力。附加動應力與工件原存殘余應力疊加后，所造成的局部或整體塑性變形，就能使工件殘余應力松馳、均化和消除，并提高金屬基體的抗變形能力。這是使工件尺寸精度穩(wěn)定化的關(guān)鍵。

所以，動應力是振動時效中有決定性作用的參數(shù)，它不僅與工件中的原始殘余應力值有關(guān)， 而且與工件被處理后的強化和尺寸精度穩(wěn)定化有直接關(guān)系。當σ_動 ＋σ_殘 ≥σ_Ｓ 時（σ_動 —激振器施加給工件的周期性動應力，σ_殘 —殘余應力，σ_Ｓ —材料屈服強度*限），工件會產(chǎn)生少量的塑性變形，使殘余應力峰值下降，原來不穩(wěn)定的殘余應力得到松弛和勻化。同時由于包辛格效應，經(jīng)時間的循環(huán)后，工件材料的當量屈服強度由原來的σ_Ｓ 上升，直到與所受的應力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形，此時塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強化，從而使工件的幾何尺寸趨于穩(wěn)定。
    微觀上，因金屬具有將機械能轉(zhuǎn)變成熱能的性質(zhì)，即使在σ_動 ＋σ_殘 ≤σ_Ｓ 時，交變的動應力與殘余應力相疊加，驅(qū)使工件內(nèi)部晶格的內(nèi)部位錯和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微量塑性變形，促使大量錯位（部分集中在雜質(zhì)上，另一部分聚集到晶粒間界上）發(fā)生連鎖反應，從而使工件的殘余應力得到松弛或均化，在宏觀上表現(xiàn)為尺寸穩(wěn)定、剛度、耐腐蝕性、耐疲勞性提高，金屬內(nèi)耗下降，塑性得到改善。

許多研究和實踐證明，用過載系數(shù)K所表示的*件原始殘余應力和動應力(峰一峰)值之比，即K=動應力/殘余應力，能體現(xiàn)振動時效工藝中它們間的依存關(guān)系，并能用來鑒定振動時效處理的有效性。資料指出:使工件尺寸精度穩(wěn)定的K值為0.45左右為宜。

如果動應力施加的比較小則消除殘余應力的效果比較差;如果動應力施加的太大，有可能超過工件的疲勞強度，甚至抗拉強度，引起工件疲勞強度的下降，甚至斷裂。

JH系列振動時效裝置的內(nèi)部軟件系統(tǒng)已具備自動判定動應力是否合適的功能，如果動應力不夠，打印機會自動地打印出讓您加大動應力的指令，如果動應力太大，系統(tǒng)會自動關(guān)機，避免引起不良后果，并通知操作者來減小動應力，所以使用JH系列振動時效裝置可令您放心。