振动时效处理工艺的制定方法

1．振动处理工艺的制定过程

振动处理是将构件用相应的弹性物体支承好，其支承位置应尽量选在构件共振时的节线处。再将激振器刚性地固定在离节线稍远的位置与控制系统连接好。调整激振力的档级，开始应放在最小位置为宜。根据初步估算或经验找出动应力较大的一些点打磨并贴上电阻应变片与动态应变仪相连接。在残余应力较大的点上打磨，并用X射线法或磁应力法测其振动处理前的残余应力量值。

上述准备工作完成之后，开始进行振动处理工艺的参数选择：打开控制器开关，使激振器处于最低转数，打开记录器、动态应变仪等仪器开关。逐渐调整激振器的频率旋钮（或自动选频按键），同时观察记录器上画出的曲线。当构件出现共振现象时，振幅-频率将出现一个波峰，动应力曲线也将出现一个最大值。一直扫频到控制器的额定频率时，由上述曲线可以观察到在设备允许的范围内构件可出现的共振次数及其共振频率和在共振的情况下动应力的最大值。

在共振的同时，要注意观察构件的振型，以调整支承位置到节线上。在停机后可再适当调整激振器的位置，以使构件产生最大的振幅。这些均需反复进行。再根据动应力测试的结果来调整激振器激振力的档级。一般来说，对于铸件要求动应力为20MPa至50MPa，而焊接构件可以达到70MPa至150MPa，根据这些和观测到的应力曲线来选择激振器的档级。

支承点位置、激振器激振力档级调整好之后，开始进行振动时效工艺处理。将控制器调到构件的共振频率上使其共振，同时进行时间-振幅曲线的测量，以观测振动时效的效果。经30分钟的处理，振幅-时间曲线变平。这时降频到初始频率后再进行第二次幅频特性扫描，即可在同一记录纸上得到两条幅频特性曲线。对比两条曲线的区别是共振频率下降、共振峰左移、峰值升高。

停机后可进行效果检验，在振动处理前各残余应力测点上重新进行测量。视其减少的量值而算出消除比例。并可进行尺寸精度保持性（包括抗静、动态荷载的变形能力）的检验。如果这些都达到要求指标，即可根据上述测得的振动时效参数（激振力档级、激振器位置和方向、支承和加速度传感器的位置、激振频率和激振时间等等）而制定出生产工艺来。

2．一些具体技术问题

（1）激振器的选择

构件振动时效的效果主要取决于激振参数是否正确，它包括激振力、激振频率两个参数。对于不同的构件所需的激振力和激振频率是不同的，因此产生这两个参数的激振器的性能必须满足要求，根据振动时效工艺的要求，激振器应满足下列条件：

（a）激振力要足够大并能够调节。目前国内外生产的设备的激振力一般在2吨左右，最大为3.5吨，均是停机后分级调整。而国内正在研制的无级可调激振力的振动时效装置，可在运转过程中连续调节激振力。

（b）激振器应有较宽的频率范围，这样可以使更多的工件在其固有频率下产生共振。并要求激振器的频率能够连续可调，这样就可在振动处理时进行幅频特性曲线的绘制。

（c）在振动处理过程中要有足够的稳频精度和实现频率的微调，以保证构件能够稳定地在共振状态下进行振动处理。特别是对一些铸件，振动处理后固有频率变化很小。（如C620，2米床身铸件振动处理后频率下降小于1Hz），也应能画出较准确的幅频特性曲线用以检测。对于阻尼小而共振频带较窄的构件来说，只有保证很小的稳频精度才能使其处于共振状态下进行处理。

（d）要求体积小，轻便、系统配套齐全，如DLHY系列智能型振动时效系统配套性能好，其中由控制系统，激振器、专用夹具与减振垫、打印机等，现场应用十分方便。

（2）关于构件的支承

一般来说，支承应尽量放在构件振动的节点（线）处。节点即在共振状态下构件自身的振幅值为零的点。这样就可保证构件与支承间不产生相对振动而撞击，也不产生噪音，更不会使构件滑动而造成加速度信号不稳定。

节点的位置与构件的结构刚度有关，事先可进行估算或凭经验估计出节点的大致位置，将支承放好，当试振达到共振时，可用砂粒调动法来寻找节点（线），或用手摸寻找节点（线）。在保证构件振动平稳的情况下，应尽量减少支承的数目，使系统的阻尼减少而提高构件自由振动的参数和处理效果。

根据结构振动理论来事先分析一下结构的各阶振型，对于确定支承位置是有帮助的。但是由于构件的结构型式复杂，刚度分布不均，因此大多数构件的振型与梁或板是有区别的。

齐齐哈尔第一机床厂理化室根据多年的实践经验总结出了工件支承的方法：

当工件的长与宽之比大于3，长与厚之比大于5时，则认为工件是梁型。可按自由支承方式分别在距两端2/9处用两个橡皮垫支承或一端两个而另一端一个。

当长宽相近（但长大于宽），且长与厚之比大于5时，可认为构件为板型。可在1/3长度等分处放四个支承（每个等分处放两个橡皮垫）。

当工件为圆型，且直径与厚度之比大于5时，则认为是圆形板，以四点支承为佳。支承位置在互相垂直的二直径的端部。

当工件的长宽高之比接近于1，一般来说此种工件的刚度很大，可根据结构刚度的分布找出最弱的一面做三点支撑。也可采用其它特殊处理方法。

当工件的长与宽、长与高之比很大时，且刚度很弱，应考虑采用高阶振型激振。则可根据所选共振阶数来确定支承位置。为了提高处理效果，对于刚性较弱的构件也可将其一端用绳吊起使整体悬空进行振动处理，其效果更佳。

总之，支承位置是否正确，是影响振动处理效果的一个重要因素。

（3）激振器的固定位置和方向

激振器是对构件施加激振力的设备，因此必须放置在使构件易于振动的位置上，一般来说以安装在构件振动的波峰处，尽量离节点远些，由於构件结构刚度不同激振器安放不同位置效果也不同，故可通过反复调整位置来观察振幅的变化。为避免局部结构较弱处引起破坏，建议先从刚度较强的位置上安装调试为宜。

目前大多数振动处理均采用弯曲振动，因此易使上下表面的残余应力得以释放而两侧面效果较差。为此，若将激振器偏心块的旋转平面与弯曲振动平面成一个小的角度 （10°~20°），这样就会在振动处理时，构件既有垂直的弯曲振动又有一扭曲振动，将会使应力消除效果更好一些。