振動(dòng)時(shí)效處理工藝的制定方法

1．振動(dòng)處理工藝的制定過程

振動(dòng)處理是將構(gòu)件用相應(yīng)的彈性物體支承好，其支承位置應(yīng)盡量選在構(gòu)件共振時(shí)的節(jié)線處。再將激振器剛性地固定在離節(jié)線稍遠(yuǎn)的位置與控制系統(tǒng)連接好。調(diào)整激振力的檔級(jí)，開始應(yīng)放在最小位置為宜。根據(jù)初步估算或經(jīng)驗(yàn)找出動(dòng)應(yīng)力較大的一些點(diǎn)打磨并貼上電阻應(yīng)變片與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀相連接。在殘余應(yīng)力較大的點(diǎn)上打磨，并用X射線法或磁應(yīng)力法測其振動(dòng)處理前的殘余應(yīng)力量值。

上述準(zhǔn)備工作完成之后，開始進(jìn)行振動(dòng)處理工藝的參數(shù)選擇：打開控制器開關(guān)，使激振器處于最低轉(zhuǎn)數(shù)，打開記錄器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等儀器開關(guān)。逐漸調(diào)整激振器的頻率旋鈕（或自動(dòng)選頻按鍵），同時(shí)觀察記錄器上畫出的曲線。當(dāng)構(gòu)件出現(xiàn)共振現(xiàn)象時(shí)，振幅-頻率將出現(xiàn)一個(gè)波峰，動(dòng)應(yīng)力曲線也將出現(xiàn)一個(gè)最大值。一直掃頻到控制器的額定頻率時(shí)，由上述曲線可以觀察到在設(shè)備允許的范圍內(nèi)構(gòu)件可出現(xiàn)的共振次數(shù)及其共振頻率和在共振的情況下動(dòng)應(yīng)力的最大值。

在共振的同時(shí)，要注意觀察構(gòu)件的振型，以調(diào)整支承位置到節(jié)線上。在停機(jī)后可再適當(dāng)調(diào)整激振器的位置，以使構(gòu)件產(chǎn)生最大的振幅。這些均需反復(fù)進(jìn)行。再根據(jù)動(dòng)應(yīng)力測試的結(jié)果來調(diào)整激振器激振力的檔級(jí)。一般來說，對(duì)于鑄件要求動(dòng)應(yīng)力為20MPa至50MPa，而焊接構(gòu)件可以達(dá)到70MPa至150MPa，根據(jù)這些和觀測到的應(yīng)力曲線來選擇激振器的檔級(jí)。

支承點(diǎn)位置、激振器激振力檔級(jí)調(diào)整好之后，開始進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效工藝處理。將控制器調(diào)到構(gòu)件的共振頻率上使其共振，同時(shí)進(jìn)行時(shí)間-振幅曲線的測量，以觀測振動(dòng)時(shí)效的效果。經(jīng)30分鐘的處理，振幅-時(shí)間曲線變平。這時(shí)降頻到初始頻率后再進(jìn)行第二次幅頻特性掃描，即可在同一記錄紙上得到兩條幅頻特性曲線。對(duì)比兩條曲線的區(qū)別是共振頻率下降、共振峰左移、峰值升高。

停機(jī)后可進(jìn)行效果檢驗(yàn)，在振動(dòng)處理前各殘余應(yīng)力測點(diǎn)上重新進(jìn)行測量。視其減少的量值而算出消除比例。并可進(jìn)行尺寸精度保持性（包括抗靜、動(dòng)態(tài)荷載的變形能力）的檢驗(yàn)。如果這些都達(dá)到要求指標(biāo)，即可根據(jù)上述測得的振動(dòng)時(shí)效參數(shù)（激振力檔級(jí)、激振器位置和方向、支承和加速度傳感器的位置、激振頻率和激振時(shí)間等等）而制定出生產(chǎn)工藝來。

2．一些具體技術(shù)問題

（1）激振器的選擇

構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效的效果主要取決于激振參數(shù)是否正確，它包括激振力、激振頻率兩個(gè)參數(shù)。對(duì)于不同的構(gòu)件所需的激振力和激振頻率是不同的，因此產(chǎn)生這兩個(gè)參數(shù)的激振器的性能必須滿足要求，根據(jù)振動(dòng)時(shí)效工藝的要求，激振器應(yīng)滿足下列條件：

（a）激振力要足夠大并能夠調(diào)節(jié)。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的設(shè)備的激振力一般在2噸左右，最大為3.5噸，均是停機(jī)后分級(jí)調(diào)整。而國內(nèi)正在研制的無級(jí)可調(diào)激振力的振動(dòng)時(shí)效裝置，可在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中連續(xù)調(diào)節(jié)激振力。

（b）激振器應(yīng)有較寬的頻率范圍，這樣可以使更多的工件在其固有頻率下產(chǎn)生共振。并要求激振器的頻率能夠連續(xù)可調(diào)，這樣就可在振動(dòng)處理時(shí)進(jìn)行幅頻特性曲線的繪制。

（c）在振動(dòng)處理過程中要有足夠的穩(wěn)頻精度和實(shí)現(xiàn)頻率的微調(diào)，以保證構(gòu)件能夠穩(wěn)定地在共振狀態(tài)下進(jìn)行振動(dòng)處理。特別是對(duì)一些鑄件，振動(dòng)處理后固有頻率變化很小。（如C620，2米床身鑄件振動(dòng)處理后頻率下降小于1Hz），也應(yīng)能畫出較準(zhǔn)確的幅頻特性曲線用以檢測。對(duì)于阻尼小而共振頻帶較窄的構(gòu)件來說，只有保證很小的穩(wěn)頻精度才能使其處于共振狀態(tài)下進(jìn)行處理。

（d）要求體積小，輕便、系統(tǒng)配套齊全，如DLHY系列智能型振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)配套性能好，其中由控制系統(tǒng)，激振器、專用夾具與減振墊、打印機(jī)等，現(xiàn)場應(yīng)用十分方便。

（2）關(guān)于構(gòu)件的支承

一般來說，支承應(yīng)盡量放在構(gòu)件振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)（線）處。節(jié)點(diǎn)即在共振狀態(tài)下構(gòu)件自身的振幅值為零的點(diǎn)。這樣就可保證構(gòu)件與支承間不產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)而撞擊，也不產(chǎn)生噪音，更不會(huì)使構(gòu)件滑動(dòng)而造成加速度信號(hào)不穩(wěn)定。

節(jié)點(diǎn)的位置與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，事先可進(jìn)行估算或憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出節(jié)點(diǎn)的大致位置，將支承放好，當(dāng)試振達(dá)到共振時(shí)，可用砂粒調(diào)動(dòng)法來尋找節(jié)點(diǎn)（線），或用手摸尋找節(jié)點(diǎn)（線）。在保證構(gòu)件振動(dòng)平穩(wěn)的情況下，應(yīng)盡量減少支承的數(shù)目，使系統(tǒng)的阻尼減少而提高構(gòu)件自由振動(dòng)的參數(shù)和處理效果。

根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論來事先分析一下結(jié)構(gòu)的各階振型，對(duì)于確定支承位置是有幫助的。但是由于構(gòu)件的結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，剛度分布不均，因此大多數(shù)構(gòu)件的振型與梁或板是有區(qū)別的。

齊齊哈爾第一機(jī)床廠理化室根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出了工件支承的方法：

當(dāng)工件的長與寬之比大于3，長與厚之比大于5時(shí)，則認(rèn)為工件是梁型。可按自由支承方式分別在距兩端2/9處用兩個(gè)橡皮墊支承或一端兩個(gè)而另一端一個(gè)。

當(dāng)長寬相近（但長大于寬），且長與厚之比大于5時(shí)，可認(rèn)為構(gòu)件為板型。可在1/3長度等分處放四個(gè)支承（每個(gè)等分處放兩個(gè)橡皮墊）。

當(dāng)工件為圓型，且直徑與厚度之比大于5時(shí)，則認(rèn)為是圓形板，以四點(diǎn)支承為佳。支承位置在互相垂直的二直徑的端部。

當(dāng)工件的長寬高之比接近于1，一般來說此種工件的剛度很大，可根據(jù)結(jié)構(gòu)剛度的分布找出最弱的一面做三點(diǎn)支撐。也可采用其它特殊處理方法。

當(dāng)工件的長與寬、長與高之比很大時(shí)，且剛度很弱，應(yīng)考慮采用高階振型激振。則可根據(jù)所選共振階數(shù)來確定支承位置。為了提高處理效果，對(duì)于剛性較弱的構(gòu)件也可將其一端用繩吊起使整體懸空進(jìn)行振動(dòng)處理，其效果更佳。

總之，支承位置是否正確，是影響振動(dòng)處理效果的一個(gè)重要因素。

（3）激振器的固定位置和方向

激振器是對(duì)構(gòu)件施加激振力的設(shè)備，因此必須放置在使構(gòu)件易于振動(dòng)的位置上，一般來說以安裝在構(gòu)件振動(dòng)的波峰處，盡量離節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)些，由於構(gòu)件結(jié)構(gòu)剛度不同激振器安放不同位置效果也不同，故可通過反復(fù)調(diào)整位置來觀察振幅的變化。為避免局部結(jié)構(gòu)較弱處引起破壞，建議先從剛度較強(qiáng)的位置上安裝調(diào)試為宜。

目前大多數(shù)振動(dòng)處理均采用彎曲振動(dòng)，因此易使上下表面的殘余應(yīng)力得以釋放而兩側(cè)面效果較差。為此，若將激振器偏心塊的旋轉(zhuǎn)平面與彎曲振動(dòng)平面成一個(gè)小的角度 （10°~20°），這樣就會(huì)在振動(dòng)處理時(shí)，構(gòu)件既有垂直的彎曲振動(dòng)又有一扭曲振動(dòng)，將會(huì)使應(yīng)力消除效果更好一些。