宁波振动消除铸造应力 振动时效工艺

金属构件在机械加工过程中会产生导致尺寸精度和稳定性降低的余应力，目前普遍采用热时效和传统振动时效（即亚共振时效）消除余应力。每吨工件热时效费用至少500元，消耗180千克标准煤，排放410千克二氧化碳和13千克二氧化硫。这样一个成本高、能耗大、污染严重的传统工艺竟然沿用至今。而传统振动时效噪音大、振型单一、效果欠佳、处理范围受限、操作繁琐、操作者需有丰富的工艺经验，特别对于高刚性、高固有频率的工件更是传统振动时效的禁区。
热时效
     热时效是将构件由室温缓慢.均匀加热至550℃左右，保温4—8小时，再严格控制降温速度至150℃以下出炉。
热时效工艺要求是严格的，如要求炉内温度差不大于±25℃，升温速度不大于50℃/小时，降温速度不大于20℃/小时。炉内温度不许**过570℃，保温时间也不易过长，如果温度**570℃，保温时间过长会引起石墨化使构件强度降低。如果升温速度过快，构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加**过强度极限，就会造成构件开裂。热时效降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力（二次应力），并残留在构件中，从而破坏了已取得的热时效效果。       
降温速度对消除残余应力的影响 
  降低温度速度   ℃/小时  残余应力消除的百分数（%）
   130 6—27
   50 40—50
    30 60—85
注：炉内温度差不大于25℃
热时效存在的问题：  建窑占地面积大，费用高（每立方米1—1.2万元）。   热时效能耗高，生产成本高。 热时效炉内温度不均匀，升降温速度无法严格控制。
热时效工件在炉内不同位置消除应力的测试结果
序号 工件在炉内的位置 残余应力的大小（kgf /mm²） 残余应力消除的百分比（%）
  时效前     时效后 
  σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 平  均
1 炉后端 10.4 7.9 6.6 6.2 36.7 21.4 29.1
2 炉中部 10.4 7.9 5.1 1.6 51.2 79.6 65.4
3 炉门处 10.4 7.9 9.1 8.1 12.6 -2.4 5.1
可见：同一炉内，热时效消除应力不均匀。
4)热时效劳动强度大，污染严重，目前大部已被振动时效代替。

注意事项及禁止事项
1、开机前要确认电源电压是否正确，交流２２０Ｖ。 
2、在电网波动较大的场合使用，一定要接入交流自动稳压电源（3KW以上）； 
3、控制器要经常保持清洁、干燥、注意防尘防潮。 
4、电机与偏心箱的轴承在设计时选用精密高速轴承，润滑油选用高温润滑油，故激振器在工作过程中应及时注油，以减少轴承磨损，降低电机电流，如在长期使用中出现杂音或电流升高现象，应检查是否轴承磨损严重，如确认应及时更换新的同型号轴承。 
 电机轴承型号为：D60203，偏心箱轴承型号为：D60209，D60208； 
5、电机换向器表面应保持清洁，若出现烧焦或划伤时，可用600#纱布研磨。长期使用后，应以电枢轴端中心孔定位，精磨换向器表面，电机电刷应与换向器表面接触良好，其接触面积不能少于75%； 
6、电机工作500—600小时后，要检查电刷尺寸，如磨损严重，可更换电刷，更换后，将偏心调至零挡，进行低速研磨2小时以上，电刷与换向器接触面要达到75%以上方可使用； 
7、激振器要防止雨淋和杂物掉入； 
8、调整偏心档位时，内六角螺钉一定要紧固，以防档位滑移； 
9、所有紧固件都要经常检查，严防松动； 
10、激振器与被振工件要刚性连接，防止卡具松动或疲劳损伤，并注意检查或及时更换； 
11、拾振器是用一个永磁体制成的磁座吸附在被振构件上的，吸力较大，使用时应注意： 
磁座在吸附和收起时，应小心动作，以免拉断拾振器信号线插头。

时效方法简介
构件在冷热加工过程中，必然产生残余应力，因此消除残余应力的时效工序就十分必要了，凡是能降低残余应力，使工件尺寸精度稳定的方法都叫“时效”。主要方法有热时效、自然时效、振动时效、静态过载时效、热冲击时效等。后两种方法应用少不再讲述。
§3.1自然时效
自然时效是较古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，经过几个月至几年的风吹.日晒.雨淋和季节温度的变化，给构件多次造成反复的温度应力。在温度应力形成的过载下促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。
自然时效降低的残余应力不大，但对工件尺寸稳定性很好，原因是工件经过长时间的放置石墨及其它线缺陷附近产生应力集中，发生了塑性变松弛了应力，同时也强化了这部分基体，于是该处的松弛刚度也提高了，增加了这部分材质的抗变形能力，自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长.占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。

一、 振动频率的确定
在共振状态下，可用小的振动能量，使工件产生的振幅，得到的动应力和动能量，从而使工件中的残余应力消除的更彻底，工件获得的尺寸稳定性效果更好。
振动时效中的共振状态，是在外部激振器激振力的持续作用下，零件处于“受迫振动”时的一个状态。它的条件是激振频率接近工件的固有频率，这时振动特性中的振幅—频率曲线出现一个峰值，振幅的陡然对振动时效产生附加动应力有利。
工件在振动时效时是一个振动体，它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统，当该系统进行自由振动时，根据振动学原理，它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。这个频率是由系统固有性质所决定的，称为固有频率。
振动时效中一个工件和它的支撑体组成振动学中一个质量和一个弹簧的振动系统，它的固有频率可用下列通式表示：
      （4-1）
式中： -----固有频率（HZ）；K---弹簧的刚度（Kg/cm）；
m---振动体质量（Kg）。
图4-1示出了某均质等截面梁弯曲的频率及相应的振型。
由振动频率的方程解及上图可知，具有几个自由度的振动系统，有几个固有频率，按低**
频顺序分别称为：固有频率（基本固有频率）；*二个固有频率……。对于每一个固有频率都有一个确定的位移形态，称为振型，就是说，对应每一个固有频率都有对应的一个振型。
工件的固有频率可用振动时效设备本身来测定，以VSR系列振动时效设备为例，只要按一下控制器面板上的“启动”按钮，整套装置就会在其扫频范围内寻找出被时效工件的固有共振频率，并将固有频率值、固有频率下所对应的工件的振动加速度值及工件在固有频率周围的振动趋势图打印出来，使操作者一目了然。
图4-2
振动频率一般选择在共振峰*，即工件的亚共振区，一般确定在共振峰高度的 所对应的频率范围内，如图4-2所示，该工件的固有共振频率为4500r/min，共振时产生的振动加速度（峰值）为60.0m/s2,则对工件的振动时效频率就确定为工件的振动加速度值在20.0~40.0m/s2区域内所对应的频率。具体的确定方式有两种：
1．手动调节。首先将激振器频率调节到工件固有频率以下100r/min处，即4400r/min，观察控制器上加速度的值，然后再用手动慢慢升速，使加速度值升高在20~40m/s2范围内，具体掌握在多大的频率下，还要看工件的振动情况，若工件在共振状态时振动很激烈，则可选择在 范围内，若工件振动不是很激烈，则选择在 范围内。
2.自动调节。VSR系列全自动控制器会自动地控制整套设备对工件进行频率、振动情况的测定，并给出数据及曲线图，并根据系统自动地确定对工件的振动频率，这一切*人工干预，而只需按一下自动按钮就可完成。
设备组成清单如下：
序号 产品名称 单位 数量 备注
1 振动消除应力设备主机 台 1  
2 激振器 台 1  
3 拾振器 只 1  
4 橡皮垫 只 4  
5 弹簧钢卡具 只 2  
6 电机控制线 组 1  
7 随机工具一套 套 1  
8 拾振器传感信号线 根 1  
9 电源线 根 1  
10 热敏打印纸 卷 9  
11 培训资料 套 1  
12 保险管 只 10
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