時效是消除機(jī)械加工零件殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)工藝。振動時效在70年代起源于美國，后來在德國、英國、法國得到了廣泛的應(yīng)用，我國從80年代初開始引進(jìn)使用振動時效工藝。由于振動時效是一種高效、節(jié)能、環(huán)保及低成本的時效方法，與傳統(tǒng)的熱時效和自然時效相比，振動時效具有生產(chǎn)周期短，場地簡單靈活方便，生產(chǎn)費(fèi)用低，無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。由于振動時效的無比的優(yōu)越性，又適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對能源和環(huán)保的要求，應(yīng)用振動時效是企業(yè)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝提高市場競爭力的最佳選擇，目前在某些方面已取代了傳統(tǒng)的熱時效和自然時效。

1、振動時效機(jī)理及裝置的原理

1.1、振動時效機(jī)理

　　工件在毛坯制造及切削加工等過程中，使內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，致使工件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降低了尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械物理性能。振動時效工藝是通過錘擊來消除金屬工件中的殘余應(yīng)力的。工件在周期外力作用下產(chǎn)生共振，共振中交變動應(yīng)力與工件內(nèi)部殘余應(yīng)力疊加，經(jīng)過一定時間，材料發(fā)生局部屈服，導(dǎo)致晶內(nèi)和晶界錯位產(chǎn)生滑移，原子從不穩(wěn)定位能高的位置移向較穩(wěn)定的位能低位置。經(jīng)過此過程，工件宏觀殘余應(yīng)力得到遷移、降低和均化，從而降低或消除工件的內(nèi)部殘余應(yīng)力。

1.2、振動時效裝置的原理

　　機(jī)械振動時效裝置主要包括激振器、控制主機(jī)、加速度傳感器、支撐橡膠等部分。主要功能是控制激振器在某個激振力輸出水平，在一定頻率(轉(zhuǎn)速)范圍對任一頻率以較高的穩(wěn)頻精度工作.尤其是共振峰前后負(fù)載特性變化較劇烈的情況下，并記錄、識別和輸出有關(guān)時效曲線及參數(shù)。其工作原理圖如圖1 所示。

2、碟閥箱體振動時效的工藝

　　振動時效的效果取決于振動時效的工藝的選擇。如圖2 所示是一個冶金蝶閥體，是由鑄造而成的結(jié)構(gòu)件，其形狀復(fù)雜，剛性相對大，凸凹面多，壁厚不均，殘余應(yīng)力大且分布繁雜。以前采用自然時效的工藝中存在很多的缺點(diǎn)，某公司自2005 年開始采用振動時效工藝以來，在產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面取得了很大的進(jìn)步。多年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明:由于振動時效的工藝比較復(fù)雜，必須對箱體類零件進(jìn)行振前的工藝分析，設(shè)計優(yōu)化振動參數(shù)以提高振動時效的效果。

2.1、工藝分析

　　按照振動失效的工藝規(guī)范，對工件時效前應(yīng)進(jìn)行工藝分析，以達(dá)到節(jié)約電能和工作時間的目的。首先，應(yīng)根據(jù)工件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、毛坯制造的工藝形式和過程，分析箱體的殘余應(yīng)力場的分布，尺寸精度要求，以及工作載荷，可能的失效原因等因素進(jìn)行分析，然后再決定實施振動時效的工藝路線及時效重點(diǎn)部位。冶金蝶閥體一般按箱體類工件對待，該類工件的結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜，受力條件惡劣。箱體毛坯一般是鑄造或焊接的構(gòu)件，對于鑄件產(chǎn)生的殘余應(yīng)力應(yīng)根據(jù)鑄造工藝，如結(jié)構(gòu)形狀、澆口位置、壁厚薄及冷卻的情況來分析判斷應(yīng)力的情況。對組焊件來說，各焊接件的先焊和后焊的次序、坡口的大小及焊縫的形狀和位置等，對產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大小和分布均有影響。

　　根據(jù)箱體在服役時的載荷情況來分析，箱體的承受的工作載荷往往較復(fù)雜，由于冶金蝶閥體在工作中主要承受彎曲變形，因此，該類工件失效振動則主要采用彎曲振型。

2.2、工藝參數(shù)的優(yōu)化

　　振動時效的工藝參數(shù)包括激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)、激振頻率、激振力和激振時間，這些參數(shù)的選取應(yīng)依據(jù)工件的固有振動特性來確定。當(dāng)激振頻率處于工件的固有頻率附近時，用較小的激振力可以激起足夠大的動應(yīng)力，只有用工件固有頻率進(jìn)行激振，才能最經(jīng)濟(jì)、最簡便、最迅速地降低工件的殘余應(yīng)力。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，由于采用激振力大小、激振力頻率和激振點(diǎn)的位置不合理，有時會出現(xiàn)達(dá)不到消除殘余應(yīng)力的效果，工件只是局部的消除了殘余應(yīng)力；有時甚至將工件振裂。因此有必要對振動時效工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

　　根據(jù)《振動時效設(shè)備使用手冊》中操作要求，在振前對工件進(jìn)行多點(diǎn)掃頻，并在掃頻同時跟蹤繪制振前工藝曲線及打印參數(shù)，綜合所有掃頻曲線對應(yīng)的固有頻率，找出有效消除工件關(guān)鍵部位應(yīng)力的有效振型(以及對應(yīng)的有效頻率)，直接對這些有效頻率〔有效振型)時效，同時在線打印g-t曲線以觀察時效進(jìn)程，決定何時停機(jī)，然后再通過對該頻率(振型)局部掃頻和局部打印  。