振動(dòng)時(shí)效工藝過程

振動(dòng)時(shí)效處理過程是將激振器剛性夾持在被處理工件的適當(dāng)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(jìn)行共振，然后根據(jù)*件所需動(dòng)應(yīng)力或振幅的大小來調(diào)節(jié)激振力。*件的振動(dòng)狀態(tài)和動(dòng)應(yīng)力，可用測量振動(dòng)和應(yīng)力的儀表來檢測。通常將感受元件(加速度計(jì)或應(yīng)變計(jì))接于被振物體上，振動(dòng)時(shí)，感受元件把接收到的振動(dòng)信號(hào)送往測試儀表，經(jīng)放大電路將信號(hào)放大并指示出各種所需的參數(shù)值。振動(dòng)狀態(tài)的主要指示參數(shù)是振幅、動(dòng)應(yīng)力、頻率和振型。振動(dòng)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(shí)現(xiàn)的。它能調(diào)節(jié)激振力、激振頻率和振動(dòng)時(shí)間。被處理*件在所需頻率和動(dòng)應(yīng)力下振動(dòng)一段時(shí)間后，*好能對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行跟蹤判斷，達(dá)到時(shí)效效果振動(dòng)時(shí)效即告結(jié)束，這個(gè)工藝過程一般為幾分鐘或幾十分鐘。

概括起來講振動(dòng)時(shí)效的工藝過程分四步進(jìn)行:

*一步:首先用彈性橡膠墊將要時(shí)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(dòng)時(shí)的波峰處，將測試工件振動(dòng)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(zhǔn)備過程。

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

*三步:振動(dòng)時(shí)效設(shè)備以*二步測得參數(shù)為依據(jù)自動(dòng)確定出對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)處理的振動(dòng)頻率，并對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，在處理過程中隨時(shí)檢測振動(dòng)參數(shù)和工件殘余應(yīng)力的變化，對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，但殘余應(yīng)力不再消除時(shí)即適時(shí)停止處理過程，這一步又稱為振動(dòng)處理過程。

*四步:振動(dòng)處理完畢后，振動(dòng)時(shí)效設(shè)備自動(dòng)對(duì)被時(shí)效處理工件的參數(shù)進(jìn)行再一次檢測，以便依據(jù)JB/T5926-91或JB/T10375-2002標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)振動(dòng)時(shí)效進(jìn)行判定。這一步又稱為時(shí)效效果檢測過程或振后掃描。

振動(dòng)時(shí)效工藝實(shí)際上是指對(duì)工件的幾個(gè)振動(dòng)時(shí)效參數(shù)的確定，振動(dòng)時(shí)效的幾個(gè)主要參數(shù)是:振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間、動(dòng)應(yīng)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(duì)這幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。

一、振動(dòng)頻率的確定

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

振動(dòng)時(shí)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(dòng)”時(shí)的一個(gè)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(shí)振動(dòng)特性中的振幅—頻率曲線出現(xiàn)一個(gè)峰值，振幅的陡然*大對(duì)振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)生附加動(dòng)應(yīng)力有利。

工件在振動(dòng)時(shí)效時(shí)是一個(gè)振動(dòng)體，它與其支承用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個(gè)振動(dòng)系 統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)進(jìn)行自由振動(dòng)時(shí)，根據(jù)振動(dòng)學(xué)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(gè)頻率是由系統(tǒng)固有性質(zhì)所決定的，稱為固有頻率。

振動(dòng)時(shí)效中一個(gè)工件和它的支承體組成振動(dòng)學(xué)中一個(gè)質(zhì)量和一個(gè)彈簧的振動(dòng)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(dòng)體質(zhì)量(Kg)。

圖4-1示出了某均質(zhì)等截面梁彎曲振動(dòng)時(shí)的頻率及相應(yīng)的振型。 由振動(dòng)頻率的方程解及上圖可知，具有幾個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，有幾個(gè)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(duì)于每一個(gè)固有頻率都有一個(gè)確定的位移形態(tài)，稱為振型，就是說，對(duì)應(yīng)每一個(gè)固有頻率都有對(duì)應(yīng)的一個(gè)振型。

工件振動(dòng)頻率的確定也就是振型的確定，振型的分析是振動(dòng)時(shí)效工藝的關(guān)鍵，根據(jù)振動(dòng)時(shí)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(jìn)行。

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

振動(dòng)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(duì)應(yīng)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(shí)產(chǎn)生的*大振動(dòng)加速度(峰值)為100.0m/s²，則對(duì)工件的振動(dòng)時(shí)效頻率就確定為工件的振動(dòng)加速度值在60.0-80.0m/s²區(qū)域內(nèi)所對(duì)應(yīng)的頻率。具體的確定方式有二種:

1.手動(dòng)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(dòng)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(dòng)情況，若工件在共振狀態(tài)時(shí)振動(dòng)很激烈，則可選擇在1/3～1/2范圍內(nèi)，若工件振動(dòng)不是很激烈，則選擇在1/2～2/3范圍內(nèi)。

2.自動(dòng)調(diào)節(jié)。JH-200A系列全自動(dòng)控制器會(huì)自動(dòng)地控制整套設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行頻率、振動(dòng)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(dòng)地確定對(duì)工件的振動(dòng)頻率，這一切無需人工干預(yù)，而需按一下自動(dòng)按鈕就可完成。

二、振動(dòng)時(shí)間的確定

由于各種*件的結(jié)構(gòu)和重量不同，殘余應(yīng)力的大小和分布不同，振動(dòng)時(shí)效時(shí)選用的振動(dòng)時(shí)間也應(yīng)有所不同。振動(dòng)時(shí)間的長短對(duì)振動(dòng)時(shí)效的效果，尤其是獲得*佳技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果是有一定影響的。

振動(dòng)工藝是選擇在工件的亞共振區(qū)進(jìn)行較長時(shí)間的亞共振處理，那么，究竟選擇多長時(shí)間為宜呢?經(jīng)過大量的試驗(yàn)證明，振動(dòng)消除殘余應(yīng)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(dòng)處理時(shí)間，經(jīng)過十幾年的證明，基本上能滿足振動(dòng)工藝的要求。 表4-1

如果工件的剛度較大，振動(dòng)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(dòng)時(shí)間。

三、動(dòng)應(yīng)力的確定

振動(dòng)時(shí)效過程中，激振器施加給工件以與其周期交變力相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)附加應(yīng)力。附加動(dòng)應(yīng)力與工件原存殘余應(yīng)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(yīng)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(dòng)應(yīng)力是振動(dòng)時(shí)效中有決定性作用的參數(shù)，它不僅與工件中的原始?xì)堄鄳?yīng)力值有關(guān)， 而且與工件被處理后的強(qiáng)化和尺寸精度穩(wěn)定化有直接關(guān)系。當(dāng)σ_動(dòng) ＋σ_殘 ≥σ_Ｓ 時(shí)（σ_動(dòng) —激振器施加給工件的周期性動(dòng)應(yīng)力，σ_殘 —?dú)堄鄳?yīng)力，σ_Ｓ —材料屈服強(qiáng)度*限），工件會(huì)產(chǎn)生少量的塑性變形，使殘余應(yīng)力峰值下降，原來不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和勻化。同時(shí)由于包辛格效應(yīng)，經(jīng)時(shí)間的循環(huán)后，工件材料的當(dāng)量屈服強(qiáng)度由原來的σ_Ｓ 上升，直到與所受的應(yīng)力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形，此時(shí)塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強(qiáng)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(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能的性質(zhì)，即使在σ_動(dòng) ＋σ_殘 ≤σ_Ｓ 時(shí)，交變的動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力相疊加，驅(qū)使工件內(nèi)部晶格的內(nèi)部位錯(cuò)和晶界產(chǎn)生微觀滑移，引起微量塑性變形，促使大量錯(cuò)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(yīng)，從而使工件的殘余應(yīng)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(shí)踐證明，用過載系數(shù)K所表示的*件原始?xì)堄鄳?yīng)力和動(dòng)應(yīng)力(峰一峰)值之比，即K=動(dòng)應(yīng)力/殘余應(yīng)力，能體現(xiàn)振動(dòng)時(shí)效工藝中它們間的依存關(guān)系，并能用來鑒定振動(dòng)時(shí)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(dòng)應(yīng)力施加的比較小則消除殘余應(yīng)力的效果比較差;如果動(dòng)應(yīng)力施加的太大，有可能超過工件的疲勞強(qiáng)度，甚至抗拉強(qiáng)度，引起工件疲勞強(qiáng)度的下降，甚至斷裂。

JH系列振動(dòng)時(shí)效裝置的內(nèi)部軟件系統(tǒng)已具備自動(dòng)判定動(dòng)應(yīng)力是否合適的功能，如果動(dòng)應(yīng)力不夠，打印機(jī)會(huì)自動(dòng)地打印出讓您加大動(dòng)應(yīng)力的指令，如果動(dòng)應(yīng)力太大，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，避免引起不良后果，并通知操作者來減小動(dòng)應(yīng)力，所以使用JH系列振動(dòng)時(shí)效裝置可令您放心。