机床铸件振动时效工艺应用

某厂是机床铸件的生产厂家，以往对铸件时效处理多采用热时效，但由于其成本高，生产周期长，加热温度难以控制等因素，影响了生产成本和生产进度，并难以保证时效质量。因此引进了消除应力新工艺——振动时效，以改善铸件的时效状况。

设备选购

设备选购了南京聚航科技有限公司的JH-600A智能频谱交流振动时效设备，设备采用的是高速变频伺服电机，激振力大，效果好，适合刚性工件时效。控制软件带有残余应力动态跟踪功能，消除率高。

振动时效工艺

振动时效工件的固有频率、工件的振形、给工件施加的振动能量和振动处理时间是工件进行振动时效处理的主要工艺参数，这些参数的选择直接影响着工件的时效效果。

固有频率

每个物体都有其自身的固有谐振频率，按付立叶级数分解会有很多阶固有谐振频率。要对工件进行振动时效，首先要知道工件的谐振频率，而这一参数*全可以通过振动时效设备来完成。振动时效设备会自动地测出工件的固有频率，并确认最合适的一阶固有频率值。

振形

工件的每一阶固有频率都一一对应着其一种振形，只有准确地找出这一振形，才能更合理地确定出弹性橡胶垫对工件的支撑位置、激振器和传感器的装夹位置。因为振动时效的原则就是橡胶垫应支撑在工件振形的波节处，激振器和传感器应装夹在工件的波峰处。

只有在这种状态下，激振器产生的机械能量才能*大限度地传递给工件，同时橡胶垫对工件振动的阻力也最小。如果将激振器装夹到振形的波节处，则无论激振器输出多大的能量，都不会传递到工件上。因为，波节的振幅为零，激振器无法对工件做有用功。

通过多年对需要时效处理工件的实践，我厂工件基本分为以下三大类型。

1. 梁型工件：当长：宽＞3、长：厚＞5时，则认为工件属于梁型类，所有磨床、铣床的工作台均属于这种类型，对这类工件，橡胶垫应支撑在距端部2/9长度处，激振器装夹在工件的中间部位，传感器仅仅吸附在工件的一段。

2. 方形工件：当长≈宽≈厚时，则认为工件是方形类的，机床床身、立柱均属于此类。对于这类工件，橡胶垫应放在距工件端部的1/3长度处，激振器装夹在工件的中间部位，传感器吸紧在工件端部的一角处。

3. 小零件平台：由于重量轻，固有频率高，小零件既不方便单独振动处理，效率又低。对这一类零件，都采用振动平台集中处理法，即将多个小工件集中装夹到一个振动平台上，一起进行振动时效处理。

振动能量与振动时间

根据工件重量、形状、结构、刚度及所存在的残余应力值不同，施加在工件上的振动能量和振动时间也会不同。可使用振动时效设备的动态检测和跟踪功能，保证参数选择的合理性。

振动时效效果

振动时效效果评断一般有三种方法，振动参数曲线法、残余应力检测法、尺寸精度稳定性检验。

残余应力检测数据

残余应力检测方法采用盲孔法，仪器采用聚航科技的JH-30残余应力检测仪，以下是残余应力检测数据。

表1M7130平面磨床台面振动时效前、后的残余应力值

测点	状态	应变量			应力值		消除率
		ε1	ε2	ε3	σ1	σ2	σ1	σ2
1	振前	194	-11	-114	-5.95	3.6	36	61
	振后	130	51	-34	-3.42	1.4
2	振前	264	209	114	-6.28	1.72	81	50
	振后	-10	-22	25	-1.17	0.85
3	振前	77	234	41	-6.24	3.92	65	92
	振后	3	28	79	-2.05	0.31
4	振前	158	-126	30	-8.73	4.75	40	96
	振后	49	63	192	-5.25	0.15
5	振*	108	-3	-23	-3.24	1.44	34	7
	振后	-28	55	66	-2.14	1.34
平均应力消除率							56.8

表2 M7130平面磨床立柱振动时效前、后残余应力值

测点	状态	应变量			应力值		消除率
		ε1	ε2	ε3	σ1	σ2	σ1	σ2
1	振前	-352	-267	-119	1.44	8.54	5	45.6
	振后	-55	-172	-100	-1.36	4.64
2	振前	-138	-434	-239	-3.37	11.3	55	56
	振后	-135	15	-27	-1.52	4.96
3	振前	79	212	48	-5.73	3.05	46	52
	振后	15	112	62	-3.09	1.45
4	振前	207	-21	-123	-6.09	4.31	20	28
	振后	-37	152	121	-4.87	3.10
5	振前	-507	-99	40	-4.01	13.9	0	96
	振后	76	165	147	-4.18	-0.54
平均应力消除率							40.4

表1和表2数据表明，振动时效效果均达到了标准要求，并且从振动时效设备打印的曲线来看，也达到了GB/T25713-2010标准。

尺寸稳定性试验

一台M1420磨床工作台铸件未经任何时效处理，即进行加工，装配时工作台连续变形，待配磨多次装配后放置三个月再进行检查，发现上、下工作台接触面翘曲严重，*大变形量达0.50mm，而同期经振动时效处理的工作台，经过近一年的跟踪，基本没有变形，*全在机床规定的公差范围内。

结论

1. 振动时效不仅消除残余应力的效果优于热时效，而且方便、灵活，非常适合生产周期和交货期短的市场经济要求。

2. 振动时效工艺*底解决了热时效炉窖对环境的污染问题。

3. 振动时效能满足机床铸件尺寸稳定性的要求。

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