时效是消除机械加工零件残余应力的基础工艺。时效振动机在70年代起源于美国,后来在德国、英国、法国得到了广泛的应用,我国从80年代初开始引进使用时效振动机工艺。由于时效振动机是一种高效、节能、环保及低成本的时效方法,与传统的热时效和自然时效相比,时效振动机具有生产周期短,场地简单灵活方便,生产费用低,无环境污染等优点。由于时效振动机的无比的优越性,又适应现代工业对能源和环保的要求,应用时效振动机是企业改进传统工艺提高市场竞争力的最佳选择,目前在某些方面已取代了传统的热时效和自然时效。
确定要选用哪款时效设备之后,需要明确工件的重量及刚性特点,从而选择具有合适转速范围和激振力范围的具体型号。选择的原则是处理小件选择转速高、激振力小的设备,工件大或者小件大批量处理选择转速低、激振力大的设备。有些供应商肆意扩大时效振动机可处理的工件的最大重量,如:即使配备1.5kw以下的电机也号称能处理一百吨的工件。如果这样,要么对大件根本振不起来,要么烧电机。
时效振动机最重要的几个参数是:“支撑点、振型、激振点、拾振点、加速度、固有频率、时间。”其中振动加速度、共振频率、共振时间是决定时效工艺效果的主要参数。时效振动机的实质,是在工件的低频亚共振点,稳定地亚共振振动15-30分钟左右,使共振峰出现变化,内部发生微观的弹性塑性力学变化,从而实现时效目的。时效振动机记录和打印的时效曲线、振前和振后扫频曲线,直观科学准确地反映了时效振动机的实质。这种参数曲线观测法,是评定时效振动机工艺效果的快速科学的方法。除此还可以结合工艺,用静态观测法,盲孔法,与热时效对比法来判断效果。
时效振动机技术,国外称之为“VibratingStressRelief”简称“VSR”,旨在通过专业的时效振动机,使被处理的工件产生共振,并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位,使工件内部发生微观的塑性变形――被歪曲的晶格逐渐回复平衡状态。位错重新滑移并钉扎,从而使工件内部的残余应力得以消除和均化,最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂,保证工件尺寸精度的稳定性。
时效振动机能对金属材料力学性能产生影响。经时效振动机后,材料的屈服和抗拉强度提高;断裂韧性提高,防止工件脆断。时效振动机可以降低和均化构建中的残余应力,工件受周期性附加动应力的作用,在应力集中处发生局部的塑性变形,继而又在整体上发生较大的塑性变形。不仅使工件在长期使用过程中尺寸精度变化较小,而且能在较短的时间内使零件尺寸达到稳定。时效振动机不仅能够减小和均化残余应力,还可提高材料的抗变形能力。
时效振动机由于时效效果好、对工件的尺寸稳定性强、经济实用、投资少、节能显著等优点,逐渐取代传统的自然时效和热时效越来越广泛的应用于实践中。在工件的铸造、焊接、锻造、机械加工等制造过程中,工件内部会产生残余应力。残余应力的存在必然会导致工件变形、开裂,严重影响了工件的尺寸稳定性,降低工件的疲劳寿命。
数码时效振动机振动处理技术在国内外的应用,其目的多数用于防止构件加工后的变形,且以铸件为多数。关于用振动处理技术来提高焊接疲劳寿命,可以用于提高焊接构件疲劳寿命的结论,并在实际应用中取得了成功,这样就为数码时效振动机技术在焊接构件上的应用奠定了基础。
相比较而言,尽管在消除应力方面、振动焊接起到一定的作用,但其毕竟振动很小,产生的动应力不大,因此消除主应力的效果是赶不上时效振动机的效果更好。从这一点出发,对于大型构件建议工艺规程应是振动焊接与时效振动机同时采用:即第一阶段在焊接过程中采用振动焊接、第二阶段采用时效振动机处理这将是最佳工艺规程。
振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做时效振动机。它是将一个具有偏心重块的电机系统(称做激振器)安放在构件上,并将构件用橡皮垫等弹性物体支承,通过控制器起动电机并调节其转速,使构件处于共振状态。约经20~30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。