某工廠是料籃、鐵水包、水冷板、水冷煙罩等大型備件的生產(chǎn)商，在未采用振動(dòng)時(shí)效技術(shù)之前，都是采用熱處理消除殘余應(yīng)力，但熱時(shí)效時(shí)間長(zhǎng)、不環(huán)保，且大尺寸工件還需建造大型熱時(shí)效爐，成本高。所以廠家想用振動(dòng)時(shí)效工藝代替熱時(shí)效，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐，取得了理想的效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
下面以活動(dòng)煙罩為例，說(shuō)明振動(dòng)時(shí)效的整個(gè)工藝過(guò)程：
設(shè)備介紹
設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-700A智能頻譜交流振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，適用于對(duì)有嚴(yán)格要求的重要零件的時(shí)效處理，設(shè)備采用高速變頻伺服電機(jī)，激振力大，效果好，壽命更長(zhǎng)久。
振動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)
振動(dòng)平臺(tái)實(shí)質(zhì)上是為大幅降低處理工件的工作頻率而設(shè)計(jì)的工作平臺(tái)。設(shè)計(jì)時(shí)要求平臺(tái)的抗彎剛度要大于工件的抗彎剛度，以確保平臺(tái)將諧振傳給工件。同時(shí)，平臺(tái)上裝夾工件后的整體是一個(gè)梁狀系統(tǒng)，使工件的主要部位得到相應(yīng)的彎曲，以保證該部位獲得適當(dāng)?shù)膭?dòng)應(yīng)力，較好地降低和均勻化殘余應(yīng)力。支撐點(diǎn)應(yīng)安裝在工件節(jié)線上，使工件處于良好的振動(dòng)狀態(tài)，激振點(diǎn)應(yīng)位于工件的剛度zui大振幅峰值點(diǎn)。根據(jù)活動(dòng)煙罩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們采用了三點(diǎn)支撐法，即用三個(gè)橡膠墊構(gòu)成一個(gè)振動(dòng)平臺(tái)；將激振器卡在剛性較強(qiáng)的位置，以便于激振力的傳遞，使工件易于起振。
動(dòng)應(yīng)力的選擇
動(dòng)應(yīng)力是振動(dòng)時(shí)效工藝的一項(xiàng)重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，在一定范圍內(nèi)動(dòng)應(yīng)力越大，被處理的工件上產(chǎn)生的應(yīng)變釋放量也越大，消除應(yīng)力的效果就越好。但動(dòng)應(yīng)力過(guò)大將有可能造成工件的損傷或降低疲勞壽命。因此，應(yīng)以工作應(yīng)力來(lái)確定動(dòng)應(yīng)力。即σ動(dòng)=（1/3-2/3）σ工作?；顒?dòng)煙罩的重量為4.3噸，參照掃頻的結(jié)果，選擇15-20%Fmax的激振力。
時(shí)效頻率的選擇
國(guó)內(nèi)研究表明，采用共振峰處的頻率作為時(shí)效頻率，時(shí)效過(guò)程中，共振峰向低頻移動(dòng)，振動(dòng)效果并不明顯。所以一般采用亞共振峰值的1/3作為激振頻率，實(shí)踐證明效果較好。在處理活動(dòng)煙罩過(guò)程中，首先進(jìn)行第一次掃頻，掃頻過(guò)程中，檢查并確定支撐點(diǎn)位置及偏心檔；然后根據(jù)掃頻情況，從低階到高階，選一個(gè)低階共振頻率作為主振頻率，另選1-2個(gè)作為輔振頻率；由掃頻曲線看（圖1），只有一個(gè)共振峰Nmax=5451.0rpm。
激振時(shí)間的選擇
振動(dòng)時(shí)效是根據(jù)被振構(gòu)件的材料、結(jié)構(gòu)、重量來(lái)確定激振時(shí)間。由振動(dòng)曲線可看出，殘余應(yīng)力變化zui快的是在振動(dòng)時(shí)效前五分鐘，十五分鐘后基本趨于穩(wěn)定，表明殘余應(yīng)力降到一定程度后就不再發(fā)生變化，具體時(shí)間參照如下：
金屬構(gòu)件重量（噸） | ＜1 | 1-5 | ＞5 |
處理時(shí)間（分） | 10-15 | 15-25 | 25-40 |
根據(jù)活動(dòng)煙罩的重量（G重量=4.3噸），時(shí)間選擇為16min。
激振過(guò)程
選取激振頻率N=5464.2rpm，進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，振動(dòng)過(guò)程中，密切觀察并記錄加速度G隨時(shí)間的變化以及工件的響振情況。
振后掃頻
振動(dòng)結(jié)束后，對(duì)部分工件進(jìn)行再次掃頻，記錄加速度及轉(zhuǎn)速；從振后掃頻曲線看（圖2），共振峰Nmax=5464.2rpm。
效果判斷
可采用盲孔法或x射線進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)分析。但在實(shí)際生產(chǎn)中，一般選擇 GB/T25712-2010標(biāo)準(zhǔn)4.1.2條，用幅頻特性曲線對(duì)振動(dòng)效果進(jìn)行判斷，即在振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程中，對(duì)工件進(jìn)行VSR處理前后的掃頻對(duì)比及VSR工藝過(guò)程G-t曲線變化，來(lái)判斷工件的殘余應(yīng)力是否得到降低和均勻化，從而改善工件的尺寸穩(wěn)定性，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下;
a，振幅（G-t）曲線先上升后變平。
b，振幅時(shí)間（G-t）曲線先上升后下降再變平。
c，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值升高。
d，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值左移。
e，振幅頻率（G-n）曲線振后峰值變窄。
由VSR處理前后的掃頻對(duì)比見圖1，G-n曲線振后峰值左移，由VSR工藝過(guò)程G-t曲線變化見圖2，G-t曲線先上升后變平，均符合 GB/T25712-2010即工件的殘余應(yīng)力得以降低和均勻化，從而提高工作尺寸穩(wěn)定性。
總結(jié)
實(shí)踐證明，工件經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力后機(jī)械性能顯著提高，大型構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效后消除率為50%-70%左右，且高應(yīng)力區(qū)消除的比例比低應(yīng)力區(qū)大，使殘余應(yīng)力均勻化，因此提高了構(gòu)件的使用強(qiáng)度和疲勞壽命，降低了應(yīng)力腐蝕。
經(jīng)振動(dòng)時(shí)效處理的電爐水冷爐壁已用于電爐生產(chǎn)，單件時(shí)間壽命長(zhǎng)達(dá)2000多個(gè)小時(shí)，正在使用的十多件水冷板，質(zhì)量較好，滿足使用要求，受到電爐廠的好評(píng)。
