1. 振动时效原理

振动消除应力简称VSR(Vibratory Stress Relief)，它是利用一受控振动能量对金属工件进行处理，达到消除工件残余应力的目的。

国内外大量的应用实例证明，振动时效对稳定零件的尺寸精度具有良好的作用。然而，对于振动时效稳定尺寸精度的机理，迄今为止尚无系统的、满意的解释。

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。从分析残余应力松弛和零件变形中可知，残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布，使零件发生塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力，特别是危险的峰值应力。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20-30%，有时可达50-60%，同时也可使峰值应力降低，使应力分布均化。

除残余应力值外，决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松弛刚性，或零件抗变形能力。有时虽然零件具有较大的残余应力，但因其抗变形能力强，而不致造成大的变形。在这一方面，振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载试验结果可知，振动时效件的抗变形能力不仅高于未经时效的零件，也高于经热时效处理的零件。通过振动而使材料得到强化，使零件的尺寸精度达到稳定。

2、振动时效微观机理

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机体的石墨。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。当应力叠加的结果达到一定的数值后，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。这塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属基体。而后，振动又在另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。

振动时效实质是以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力σ动与残余应力σ残叠加后，达到或超过材料的屈服极限σs时，即

σ动+ σ残≥ σs

工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定 。

3、振动时效提高构件抗变形能力和尺寸稳定性

3.1金属材料学表明：在退火状态下，位错密度最低，材料的强度也最低;位错密度的增加，材料的强度也增大，从而抗变形能力提高。

3.2振动时效后位错密度有所增加

4、传统振动时效应用上存在的问题

振动时效技术虽然在高效、节能、环保等方面有着非常明显的优势，但传统的振动时效技术也就是亚共振技术也确实存在着几十年未能解决的技术难题，无法纳入正式的工艺生产流程，也始终没有受到广泛企业的认可，得到大规模的应用。

4.1 亚共振时效方式

由低转速扫描到电机额定转速，寻找共振峰，在亚共振区确定主、附振频率及扫频范围。在亚共振频率进行几十分钟的振动处理。

4.2 亚共振技术存在的问题

(1) 对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求，需要不断的扫频、调整位置。所以必须由受过专业培训的人员操作设备，一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术;工件在单件生产时调整相当繁琐，拾振点、支撑点很难调到最佳状态，一种工件就需要制订一种工艺;人为地确定需处理共振峰，这对操作者的经验要求也比较高;

(2) 因为是通过扫频的方式寻找共振峰，而电机的转速是有限的，当工件共振频率超出激振器的频率范围时，通过扫描就无法找到工件共振频率，因而无法对工件进行有效的振动处理。国家相关数据统计亚共振技术可处理的工件在机械制造业覆盖面仅为23%。

(3) 有效振型较少，振动时效的应力消除不稳定，应力的消除不能达到最佳的结果;

(4) 噪声过大也是难以推广的主要原因。

5、频谱谐波技术在振动时效领域的应用

在21世纪初一种新的振动时效技术在中国出现了，她摒弃了原有振动时效技术攻关方向，独辟蹊径，从另外一个全新的角度，去诠释振动时效的价值。突破了原有的技术瓶颈，迎来了振动时效应用的一个全新时代。

因为其独有找频方式与处理频率，被称为频谱谐波技术。频谱谐波技术不再沿用原有的扫频方式，而是通过对工件进行频谱分析找出工件的几十种谐波频率，在这几十种谐波频率中优选出对消除工件残余应力效果最佳的五种不同振型的谐波频率进行时效处理，达到多维消除应力提高尺寸精度稳定性的目的。

频谱谐波方式不论工件大小、频率刚性高低、材料特性均能找出五种不同振型的谐波峰。不受激振器的转速范围限制，对激振点和拾振点无特殊要求，能够处理亚共振无法处理的高刚性高固有频率工件，能够满足对尺寸精度要求高的工件，振动噪音低，在机械行业的覆盖面已达到近100%。处理的转速全部在6000RPM以下，也解决了亚共振设备噪音大的问题。

6、频谱谐波时效应用领域

黑色金属：碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁;

有色金属(铜、铝、锌、钛及其它合金)等材质构成的铸件、锻件、焊接件、机械加工件。

7、频谱谐波时效应用行业

随着振动时效技术在我国几十年的研究应用和发展，现已应用到工业生产的各行各业中，如航天、航空、兵器、机床、汽车、模具、风电、船舶、铸造、水泥机械、木工机械、包装机械、工程机械、冶金机械、矿山机械、煤矿机械、纺织机械、重型机械、通用机械、电子生产设备、石油化工机械等几十个行业。

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