振動時效處理

振動時效處理工藝的制定方法

1．振動處理工藝的制定過程

振動處理是將構件用相應的彈性物體支承好，其支承位置應盡量選在構件共振時的節線處。再將激振器剛性地固定在離節線稍遠的位置與控制系統連接好。調整激振力的檔級，開始應放在最小位置為宜。根據初步估算或經驗找出動應力較大的一些點打磨并貼上電阻應變片與動態應變儀相連接。在殘余應力較大的點上打磨，并用X射線法或磁應力法測其振動處理前的殘余應力量值。

上述準備工作完成之后，開始進行振動處理工藝的參數選擇：打開控制器開關，使激振器處于最低轉數，打開記錄器、動態應變儀等儀器開關。逐漸調整激振器的頻率旋鈕（或自動選頻按鍵），同時觀察記錄器上畫出的曲線。當構件出現共振現象時，振幅-頻率將出現一個波峰，動應力曲線也將出現一個最大值。一直掃頻到控制器的額定頻率時，由上述曲線可以觀察到在設備允許的范圍內構件可出現的共振次數及其共振頻率和在共振的情況下動應力的最大值。

在共振的同時，要注意觀察構件的振型，以調整支承位置到節線上。在停機后可再適當調整激振器的位置，以使構件產生最大的振幅。這些均需反復進行。再根據動應力測試的結果來調整激振器激振力的檔級。一般來說，對于鑄件要求動應力為20MPa至50MPa，而焊接構件可以達到70MPa至150MPa，根據這些和觀測到的應力曲線來選擇激振器的檔級。

支承點位置、激振器激振力檔級調整好之后，開始進行振動時效工藝處理。將控制器調到構件的共振頻率上使其共振，同時進行時間-振幅曲線的測量，以觀測振動時效的效果。經30分鐘的處理，振幅-時間曲線變平。這時降頻到初始頻率后再進行第二次幅頻特性掃描，即可在同一記錄紙上得到兩條幅頻特性曲線。對比兩條曲線的區別是共振頻率下降、共振峰左移、峰值升高。

停機后可進行效果檢驗，在振動處理前各殘余應力測點上重新進行測量。視其減少的量值而算出消除比例。并可進行尺寸精度保持性（包括抗靜、動態荷載的變形能力）的檢驗。如果這些都達到要求指標，即可根據上述測得的振動時效參數（激振力檔級、激振器位置和方向、支承和加速度傳感器的位置、激振頻率和激振時間等等）而制定出生產工藝來。

2．一些具體技術問題

（1）激振器的選擇

構件振動時效的效果主要取決于激振參數是否正確，它包括激振力、激振頻率兩個參數。對于不同的構件所需的激振力和激振頻率是不同的，因此產生這兩個參數的激振器的性能必須滿足要求，根據振動時效工藝的要求，激振器應滿足下列條件：

（a）激振力要足夠大并能夠調節。目前國內外生產的設備的激振力一般在2噸左右，最大為3.5噸，均是停機后分級調整。而國內正在研制的無級可調激振力的振動時效裝置，可在運轉過程中連續調節激振力。

（b）激振器應有較寬的頻率范圍，這樣可以使更多的工件在其固有頻率下產生共振。并要求激振器的頻率能夠連續可調，這樣就可在振動處理時進行幅頻特性曲線的繪制。

（c）在振動處理過程中要有足夠的穩頻精度和實現頻率的微調，以保證構件能夠穩定地在共振狀態下進行振動處理。特別是對一些鑄件，振動處理后固有頻率變化很小。（如C620，2米床身鑄件振動處理后頻率下降小于1Hz），也應能畫出較準確的幅頻特性曲線用以檢測。對于阻尼小而共振頻帶較窄的構件來說，只有保證很小的穩頻精度才能使其處于共振狀態下進行處理。

（d）要求體積小，輕便、系統配套齊全，如DLHY系列智能型振動時效系統配套性能好，其中由控制系統，激振器、專用夾具與減振墊、打印機等，現場應用十分方便。

（2）關于構件的支承

一般來說，支承應盡量放在構件振動的節點（線）處。節點即在共振狀態下構件自身的振幅值為零的點。這樣就可保證構件與支承間不產生相對振動而撞擊，也不產生噪音，更不會使構件滑動而造成加速度信號不穩定。

節點的位置與構件的結構剛度有關，事先可進行估算或憑經驗估計出節點的大致位置，將支承放好，當試振達到共振時，可用砂粒調動法來尋找節點（線），或用手摸尋找節點（線）。在保證構件振動平穩的情況下，應盡量減少支承的數目，使系統的阻尼減少而提高構件自由振動的參數和處理效果。

根據結構振動理論來事先分析一下結構的各階振型，對于確定支承位置是有幫助的。但是由于構件的結構型式復雜，剛度分布不均，因此大多數構件的振型與梁或板是有區別的。

齊齊哈爾第一機床廠理化室根據多年的實踐經驗總結出了工件支承的方法：

當工件的長與寬之比大于3，長與厚之比大于5時，則認為工件是梁型。可按自由支承方式分別在距兩端2/9處用兩個橡皮墊支承或一端兩個而另一端一個。

當長寬相近（但長大于寬），且長與厚之比大于5時，可認為構件為板型。可在1/3長度等分處放四個支承（每個等分處放兩個橡皮墊）。

當工件為圓型，且直徑與厚度之比大于5時，則認為是圓形板，以四點支承為佳。支承位置在互相垂直的二直徑的端部。

當工件的長寬高之比接近于1，一般來說此種工件的剛度很大，可根據結構剛度的分布找出最弱的一面做三點支撐。也可采用其它特殊處理方法。

當工件的長與寬、長與高之比很大時，且剛度很弱，應考慮采用高階振型激振。則可根據所選共振階數來確定支承位置。為了提高處理效果，對于剛性較弱的構件也可將其一端用繩吊起使整體懸空進行振動處理，其效果更佳。

總之，支承位置是否正確，是影響振動處理效果的一個重要因素。

（3）激振器的固定位置和方向

激振器是對構件施加激振力的設備，因此必須放置在使構件易于振動的位置上，一般來說以安裝在構件振動的波峰處，盡量離節點遠些，由於構件結構剛度不同激振器安放不同位置效果也不同，故可通過反復調整位置來觀察振幅的變化。為避免局部結構較弱處引起破壞，建議先從剛度較強的位置上安裝調試為宜。

目前大多數振動處理均采用彎曲振動，因此易使上下表面的殘余應力得以釋放而兩側面效果較差。為此，若將激振器偏心塊的旋轉平面與彎曲振動平面成一個小的角度 （10°~20°），這樣就會在振動處理時，構件既有垂直的彎曲振動又有一扭曲振動，將會使應力消除效果更好一些。