振動時效工藝初探

王 晶

陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西寶雞 721006

振動時效工藝初探

王 晶

陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西寶雞 721006

本文簡要介紹了振動時效技術，選取典型金屬小零件進行振動時效處理，通過振動時效前后殘余應力值的比較來驗證振動時效效果，并對振動時效工藝有效性進行評定。

振動時效；頻譜諧波；殘余應力

1 概述

振動時效在國外稱之為VSR（Vibratory Stress Relief）技術，通過給存在殘余應力的構(gòu)件施加交變循環(huán)的動載荷，在該動載荷的作用下，構(gòu)件內(nèi)部應力發(fā)生變化或重新分布，從而穩(wěn)定構(gòu)件尺寸。

本文選取典型金屬小零件進行振動時效處理，通過振動時效前、后殘余應力值的比較對振動時效工藝的有效性進行評定，為振動時效工藝在陜西寶成航空儀表有限責任公司的推廣應用提供了技術儲備。

2 振動時效設備和零件的選取

2.1 振動時效設備的選擇

選擇何種技術進行振動時效是本課題的關鍵所在。方案一是選擇亞共振技術，方案二是選擇頻譜諧波技術。

考慮到頻譜諧波技術具有諸多優(yōu)點，尤其對處理金屬小零件效果明顯，能有效降低生產(chǎn)成本。因此，選擇第二種方案，用LH2508型領航者振動消除應力專家系統(tǒng)進行振動時效處理。

2.2 零件的選取

航空金屬零件具有尺寸小、精度高的特點，通常在加工、鑄造、焊接過程中會產(chǎn)生殘余應力。選取典型零件鋁環(huán)進行振動時效處理，通過振動時效前后殘余應力值的比較來驗證振動時效效果，對振動時效工藝有效性進行評定。

3 試驗方案

用X射線衍射法對鋁環(huán)（毛坯 ）進行振動時效前殘余應力測試；接著進行振動時效處理；振動時效后，再次進行殘余應力測試。

4 試驗準備

1）鋁環(huán)（毛坯），3件；

2）MSF-2MX射線應力測定儀；

LH2508型領航者振動消除應力專家系統(tǒng)。

5 試驗過程

5.1 殘余應力測試

在測試殘余應力前，依據(jù)應力理論，確定并選取鋁環(huán)（毛坯）零件X射線測試點。在鋁環(huán)上選取3點，按照鋁環(huán)（1號、2號、3號）的順序進行測量。振動時效前鋁環(huán)的應力測試結(jié)果見表1。

5.2 振動時效處理

LH2508型領航者振動消除應力專家系統(tǒng)主要由控制器、激振器和傳感器3部分構(gòu)成。用減振墊將振動平臺平穩(wěn)地支撐起來，將激振器、試件與振動平臺剛性牢固裝夾，連接好控制器外部各連線， 將激振器初始偏心調(diào)至40%；一切就序后，進入主菜單進行頻譜分析，處理時間總計40min。時效過程中對每個頻率點振動轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行監(jiān)控、測量，打印出6個頻點完整的加速度-時間關系曲線。

圖1 振動時效試驗處理曲線圖

振動時效試驗處理曲線圖，如圖1所示。圖中T表示時間，G表示加速度，GMax表示加速度最大值，GS表示加速度初始值，Ge表示加速度平均值。從曲線圖可以看出一個處理周期下處理的5個完整的諧波頻率中有一至兩個峰值加速度為30m/s2～70m/s2。加速度—時間曲線先上升后下降，最終變平。符合HB/Z229-93中華人民共和國航空航天工業(yè)部標準。

5.3 振動時效后殘余應力測試

振動時效處理后，再次對試件進行殘余應力測試。按照鋁環(huán)（1號、2號、3號）的順序進行殘余應力測量，測試點的位置不變。

6 測試結(jié)果分析

鋁試件振動時效處理前后殘余應力測試結(jié)果如表1所示。

表1 鋁環(huán)振動前后殘余應力測試結(jié)果

|差值|Max=測試點上各試樣應力值與平均值差的絕對值的最大值

|差值|Min=測試點上各試樣應力值與平均值差的絕對值的最小值

從上表不難看出，鋁環(huán)表面殘余應力振動時效前后都比較低。根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算分析， 3號測試點振動時效后應力平均值變化量最小（2.3MPa）； 1號測點振動時效后應力的|差值|Max與|差值|Min變化量最?。?.6 MPa）；由于測試方法本身的局限性和試樣表面殘余應力較低，導致3號試件2號測點的測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，予以剔除。通過數(shù)據(jù)比較，不難看出振動時效后殘余應力差值較振動前有不同程度的降低，證明振動時效后較振動時效前殘余應力有所降低，表明振動時效處理消除、均化了各個測試點殘余應力，達到了時效的預期效果。

7 試驗結(jié)論

由振動時效試驗處理曲線圖可以看出振動時效去應力效果明顯，符合HB/Z229-93中華人民共和國航空航天工業(yè)部標準；試驗結(jié)果分析顯示振動時效后試件表面殘余應力值均比較小，其變化比較明顯。鋁環(huán)振動時效后消除殘余應力百分率為4.81%。在試件本身殘余應力較低的情況下，獲得了此消除應力效果，說明諧波振動時效是非常有效的，能夠處理固有頻率較高的零件，能夠解決金屬小零件時效問題。

8 結(jié)論

此項研究不僅用于軍工產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，而且可推廣到民用飛機配件和儀表零件的生產(chǎn)中，具有廣闊的應用前景。高效、環(huán)保的振動消除應力技術的推廣應用，將大大提高企業(yè)的機械制造水平，為企業(yè)帶來更高的生產(chǎn)效率和巨大的社會效益。

TH16

A

1674-6708（2011）37-0026-02