振动时效工艺方案

 一. 振动时效的特点

    振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。

其特点有：

1. 投资少

2. 生产周期短

3. 使用方便

4. 适应性强

5. 节约能源，降低成本

6. 机械性能显著提高

7. 符合环保要求

8. 操作简单，易于实现机械自动化。

9. 可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。

二. 振动时效的机理

a) 从宏观的角度分析，振动时效使零件产生塑性变形，降低和均化残余应力并提高材料的抗变形能力，无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因。由振动时效的加载试验结果可知，振动时效件的抗变形能力不仅高于未经时效的零件，也高于经热时效处理的零件。

b) 从微观方面分析，振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加的动应力。

c) 从错位、晶格滑移等金属学理论上解释，其主要观点是振动时效处理过程实际上是通过在工件的共振状态下，给工件的每一部位（晶格）施加一定的动能量，如果施加的这个能量值与微观组织本身原有的能量值之和，足以克服微观组织周围的井势（恢复平衡的束缚力），则微观区域必然会产生塑性变形，使产生残余应力的歪曲晶格得以慢慢地恢复平衡状态，使应力集中处的错位得以滑移并重新钉扎，达到消除和均化残余应力的目的。

三. 振动时效工艺过程

A.振动工艺装备如图所示：它是将一个具有偏心重块的电机系统(激振器)用卡具安放在工件上并将工件用胶垫等弹性物体支承。通过主机控制电机并调速，使工件处于共振状态。一般工件经30分钟的振动处理即可达到调整均化残余应力的目的。

主机：控制电机的启动及调速、信号的收集、处理、显示及打印参数
激振器：强迫工件振动并将电机转速及激振频率反馈回主机
拾振器：把振动响应如加速度幅值等反馈回主机
卡具：将激振器牢牢固定在工件正确位置上
胶垫：隔振、降噪，防跑件

B.工艺选择

1、激振频率：选择共振区别明显处，一般铸件可以采用中频大激振力，焊接件可分频激振。

2、激振力：由构件上最大的动应力来确定，即应保证 σd+σr≥[σ]。Σd与构件的材料和结构有关，一般铸件为∓2kgf/mm2,软钢件为∓7kgf/mm2。

3、激振时间：振动的前10分钟残余应力变化最快，20分钟后趋于稳定，一般认为处理20-50分钟即可。

4、激振点和支撑点：支撑点应该在工件振动节点上，激振点一般在两点支撑点间刚性较大的位置上。

5、用振动时效过程中测出的动态参数曲线，根据曲线的变化、现场，及时判断振动效果，是国内外推荐认可的方法。

振动时效最重要的几个参数是：“支撑点、振型、激振点、拾振点、加速度、固有频率、时间。”其中振动加速度、共振频率、共振时间是决定时效工艺效果的主要参数。

振动时效的实质，是在工件的低频亚共振点，稳定地亚共振振动15-30分钟左右，使共振峰出现变化，内部发生微观的弹性塑性力学变化，从而实现时效目的。

四. 振动时效设备工作过程

  以ZS2004振动时效设备为例

               L 工件总长                                                                                                                 

         1/3L          激振器   1/3L       传感器            

                                          工件                                          

                                          橡胶垫                                     

ZS2004液晶型控制器

设备工作过程：

1、 振前处理：设备自动寻找工件的共振峰，并把振前a-n过程曲线存储起来，由分析程序确定激振频率，过程和曲线会显示在液晶屏上。

                             A

                                                             N

2、 时效处理： 设备自动进行，根据不同工件自动决定处理时间，并把a-t过程曲线存储起来，过程和曲线会显示在液晶屏上。

                             A

                                                            T

3、 振后处理： 设备自动对处理后的工件进行振动扫描，并把振后a-n曲线存储起来，过程和曲线会显示在液晶屏上。

                            A

                                                            N

4、 打印处理：把a-t，振前a-n，振后a-n曲线打印出来，供对比、判断和留存。

                            A

                                                       N