消除应力机,时效振动机,应力检测仪

振动时效消除应力设备工艺

一、振动时效原理

◆振动时效技术又称“振动消除应力法”，国外简称“VSR”技术。它的实施过程是通过振动时效装置的控制系统控制激振器的转数和偏心作用在工件上产生离心力，使工件发生共振（谐振），让工件需时效部位产生一定幅度、一定周期的交变运动，并吸收能量，经过一定时间的振动引起工件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移，并重新缠绕钉扎使得残余应力被消除和均化，防止工件变形和开裂，从而达到提高工件尺寸精度稳定性，增强工件的抗变形能力和提高疲劳寿命。
◆从宏观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。从分析残余应力松驰和零件变形中可知，残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松驰和再分布，使零件发生永久塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力，特别是危险的降值应力，振动时效同样可以降低残余应力，零件在振动处理后残余应力通常可降低30—80\%，同时也使峰值应力降低使应力分布均匀化。
◆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动应力，众所周知工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷，铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨。故而无论是钢、铸铁或其他金属，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中，当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加。当应力叠加的结果到一定的数值时，在应力集中最严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形。这种塑性变形降低了该处残余应力降值，并强化了金属基体，而后振动又在一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此时振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用。
◆实践证明振动时效替代热时效后可节约能源90\%以上，提高抗变形能力30\%以上，尺寸稳定性提高30\%以上，疲劳寿命提高20\%以上。处理时效通常只需15—45分钟，不分场地，不受工件尺寸、形状、重量等限制，可处理几公斤至几百吨的工件。便携工件不需运输可就地处理，可插在任何工序之间进行处理。采用振动时效可提高工效几十倍，它具有减少环境污染、缩短生产周期、改善劳动条件、工艺简便等优点，是一项投资少、见效快、综合效益显著的工艺。
◆振动时效适应于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等铸件、锻件和焊接件及其机加工件。

二、振动时效振型

随着振动时效的推广，工艺失败的例子也越来越多。究其原因，海伦博大和许多国内外学者发现影响VSR效果的主要因素除时效时间、振幅外，更主要的是工件时效时的振型（也即与其一一对应的共振频率）。因为振型决定了工件时效时的动应力场，而VSR的机理之一就是动应力与残余应力叠加超过某一极限就会导致残余应力降低，所以振型也决定了工件各点的残余应力降低效果。 

    振型或频率决定了动应力分布、决定了时效效果。要想让工件有好的去应力效果，必须先知道工件的残余应力σr，然后再在该部位叠加上适当的动应力σd，才能获得最佳效果。所以在已知残余应力分布下，工件的动应力分布就至关重要了，而动应力分布完全取决于振型，也即振型对应的频率。任意一个工件都有多个共振峰值，不同峰值对应不同振型，而不同振型对应不同的应力场，所以只有有效振型或有效峰值才能真正降低均化残余应力场。 

     所以不是简单振动起来就有效果，需辅助振型分析、在线打印等观察手段来判定效果；由于残余应力场及动应力场都不是均匀分布的，所以应力消除效果也不均匀。工件若没有弯曲只是整体振起来就不能产生动应力，就不会有效果。 所以，不需要操作者干预的全自动设备对大多数工件是无效的。 

三、振动时效亚共振的原理

用激振器对工件施加周期性外力，通常在1000-10000rpm范围内，从低速到高速扫频，当施加外力的频率与工件固有频率合拍时，产生共振，寻找所有能产生共振的固有频率，然后在共振频率的亚共振区对工件施加振动，产生动应力，与残余应力叠加，发生塑性屈服，从而降低峰值残余应力，使残余应力分布均化。

四、振动时效效果判定

◆目前国内研究振动时效效果判定有几种方法。第一种方法是参数曲线观测法，主要采用中华人民共和国机械行业标准JB/T5926—91或JB/T10375—2002。可根据振动时效过程中实时打印的a-t曲线的变化及a-n曲线振动前后的变化对比振动时效的实际效果。其中a表示加速度，n表示电机转数，t表示时间。出现下列情况之一时即可判定振动时效有效；
◆a-t曲线上升后变平；
◆a-t曲线上升后下降，最终变平；
◆a-n曲线振后共振峰发生了单项特征或组合特征变化（出现振幅升高、降低）；
◆a-n曲线振后变得简洁而平滑；
◆a-n曲线振后出现低幅振峰增值现象。
◆第二种方法是精度稳定性检测法，此方法主要用于要求精度稳定性为主的工件，振后应进行精度稳定性检验，精加工后检验，长期放置检验静尺寸稳定性，在放置15天时第一次检验，以后每隔30天检验一次，总的静置时间半年以上。
还有一种方法是用测量构件残余应力消除多少来衡量的。其检测手段有X射线法，磁应力法和盲孔法（钻孔释放法）。

五、间接定性判断工艺效果的有效标准 

    显见，常规振动时效的主机、传感器、测速装置能从电机及工件处检测到的信号只有激振频率和振动加速度，这些信号或物理量都不能与工件的残余应力建立起解析关系，所以无法定量、直接地知道有关残余应力降低的具体数值。但由于内应力与固有频率及其振幅值有一定的、无法用公式表达的趋势关系，故可依据固频及其幅值变化，间接、定性地反映工艺效果。 

    针对以加速度计作传感器的常规振动时效系统，新行业标准规定了它的效果快速判定准则： 

“在绝对相同的振前准备条件及扫频速率下，出现下列情况之一时，即可判断在当前状态下，工件部分区域已达到了时效效果： 
a) A～t曲线上升后变平； 
b) A～t曲线上升后下降然后变平； 
c) A～t曲线的峰值振后的比振前的升高； 
d) A～t曲线的峰值点振后的比振前的左移； 
e) A～t曲线的带宽振后的比振前的变窄； 
f) A～t曲线共振峰有裂变现象发生。”

济南达顺科技设备有限公司位于济南市美里湖开发区。是一家专业从事应力消除设备、应力检测设备高新技术研究和推广应用的高科技企业，在科研人员的不懈努力下，公司先后研制出液晶系列振动时效设备、智能系列振动时效设备、BN10系列超声冲击波设备、BN-SM200应力检测设备等各个系列几十种产品，是国内外残余应力消除和残余应力检测领域打包解决方案的权威公司。
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