振动时效原理及应用

国内开展这项工作比较晚，首先由孙照清总工程师等老一辈的工程技术专家74年出国考察访问时，把这 项技术带回国内，并开始在机械部、航空部研究，并于“六五”期间将其作为机械部的攻关课题之一——提 高机床铸件产品质量的大课题里面确定了“振动时效可行性研究”这一子课题，并指定由北京机床研究所和 四大机床厂来完成这一课题，我们在七九年自行研制成功交流串激式振动时效简易设备的基础上不断地试验 研究，经过几年的努力与其他兄弟院所工厂一起取得了一定的成果，证明振动时效工艺的可行性，机床所大 连理工大学、抚顺石油机械学院等对机理也进行了较深入的研究。受当时设备简易的限制，一些工艺参数很 难测得，这大大限制了这项技术的研究和应用，于是八五年机械部特批贰万伍千美金，我们与美国马丁公司 合作引进了一整套当时世界上最先进的VSR-790型振动时效设备及相关技术。为进一步推动振动时效工艺 研究和设备的开发奠定了基础。后来随着使用振动时效设备的厂家不断增多和不少院校对这项技术深入的研 究。特别是九一年JB/T5926-91《振动时效工艺参数选择及技术要求》标准的诞生，使得这项技术得以较快 的推广和发展，到目前为止，我国已有几千台振动时效设备投入使用，涉及领域包括机床、冶金、航空、航 天、军工、轻工、电力、纺织、风机、建筑、造纸等机械制造行业。
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振动时效技术及应用
第一章 振动时效
最近十多年来，国内外使用振动处理方法消除金属构件内的残余应力，以代替热时效。这种新技术在国 外被称做“Vibratory Stress Relief Method”（简称VSR）。由于这种方法可以降低或均化构件内的残余应 力，因此可以提高构件的使用强度，可以减少变形。
直到60年代由于能wenku.baidu.com危机，美国、英国、日本、联邦德国等国才又开始研究振动时效的机理和应用工 艺。特别是到70年代由于可调高速电机的出现，推动了振动消除应力装置（VSR系统）的发展：1973年英 国制成手提式VSR系统即VCM80，后来美国马丁工程公司也研制出比较先进的设备LT-100R型VSR系统。 法国和苏联也分别生产出PSV型和NB型VSR系统。这些比较先进的激振装置，促进了振动消除应力工艺的 发展和应用。
8—4
板型构件的振动时效工艺
8—5
轴类零件的振动时效工艺
8—6
振动平台的振动处理工艺
8—7
特殊类型构件的振动时效工艺
第九章 振动时效技术文件的制定
9—1
振动时效工艺原则
9—2
振动时效工艺卡
第十章 振动时效专用设备的构造原理
第十一章 振动时效设备的选型及维护
11—1 振动时效设备的选型
11—2 设备的维护与保养
特别感谢在本书编写工程中给予大力支持的国内外专家学者。
编者
目录
第一章 振动时效概论 1—1 振动时效的特点及其发展概况 1—2 国内外振动时效应用领域 第二章 残余应力 2—1 残余应力分类 2—2 残余应力的产生 2—3 残余应力对金属构件的影响 2—31 残余应力对疲劳寿命的影响 2—32 残余应力对构件变形的影响 2—33 残余应力对金属脆性破坏的影响 第三章 时效方法简介 3—1 自然时效 3—2 热时效 3—3 振动时效 第四章 振动时效技术的原理及应用 4—1 振动时效的原理 4—2 振动时效工艺 第五章 振动时效对金属构件的作用 5—1 振动时效对工件残余应力的影响 5—2 振动时效对工件抗变形能力的影响 5—3 振动时效对工件尺寸精度稳定性的影响 5—4 振动时效对金属材料力学性能的影响 第六章 振动时效效果的判定方法 6—1 常用的几种残余应力测试法 6—2 振动参数曲线法 6—3 尺寸精度稳定性法 第七章 振动焊接技术 7—1 振动焊接对焊接残余应力分布的影响 7—2 振动焊接对焊缝疲劳性能的影响 7—3 振动焊接工艺规程 7—4 振动焊接技术的适用性 7—5 焊接振动设备
第十二章 振动时效操作实用方法步骤
12—1 振动时效操作步骤
第十三章 行业标准、文件
13—1 中华人民共和国发改委公告
13—2 中国机械工业联合会文件
13—3 中华人民共和国机械行业标准JB/T5926-2005
13—4 中华人民共和国机械行业标准JB/T10375-2002
第十四章 振动时效应用论文
振动时效在西方发达国家，由于基础工业比较成熟，运用比较成熟。国内是 近二十年由于电机技术和控制技术的发展，振动时效设备才能够满足机械构件消 除应力要求，但由于振动时效涉及材料力学、振动学、金属物理学等多学科，相 对而言工艺上比热时效复杂的多，而国内专业的参考书较少，应广大从事时效技 术工作人员的要求，编者结合国内外焊接、铸造、锻造、机械加工领域里专家学 者的核心理论，注重于通俗易懂，简单实用原则，编写了本书，该书适用于从事 残余应力消除工作的工程技术人员，对振动时效技术的了解和运用。也可作为大 专院校相关专业的师生的教学参考教材。
铸件和焊接件
30000 以下
40~60
优于 热时效
解决了异地时效难的 问题
9 上海重型机床厂
铸造床身 及附件
HT200 80000
多种
56%
替代 热时效
每年节约1000万热时 效费用，机械加工后期 尺寸稳定优于热时效
10
夏县精诚橡塑制 品有限公司
钢结构件
40~60
替代 热时效
11
上海光驰科技有 限公司
34 以上
完全达 到德国 技术要
求
几十台设备在三大生 产基地担负着日处理 数百根道轨的任务
3
上海三一重工科 技有限公司
厚板焊接件
厚板焊接 20000
多样
45% 以上
达到日 本技术 要求
三一重工给我们出具 书面感谢信，指出设 备高效、节能、年节 约1000万热处理费。
4 三峡工程项目
起重机
16Mn
10000 以下
1 1 2-11 12 12 12 12 12 13 13 14 14 14 15 16 16 17-22 23 23 23 23-25 25 26 26 26 27 28 28 28 28 29 29
目录
第八章 振动时效工艺
8—1
梁型工件的振动处理工艺
8—2
方型工件的振动时效工艺
8—3
圆环型构件的振动时效工艺
不锈钢工件
50 以上
采用振动时效后，在 好 后期的装配中没有在
发生变形现象。
12
杭州化工机械有 限公司
不锈钢工件
50 以上
客户反映设备使用中 好 没有再发生断裂现
象，性能明显提高。
13
苏州市阳山机械 有限公司
铸件床身
14
上海沙士佩纳吉 打机械有限公司
多样
达到设 起重机最大起重能力 计要求 1200吨
5 哈尔滨东安动力 汽车模具
1000 以下
多样
提高了生产效率降低
53
好 了能耗且模具寿命有
所延长
6 航空沈阳606所 飞机发动机
58
好
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振动时效技术及应用
序
单位
号
名称
7
铁道部四方车辆 研究所
零件 名称
侧架 摇枕 车钩 钩尾框
14—1 东风4D型柴油机机体粗加工后的振动时效处理
14—2 振动时效技术在108吨矿用重型汽车车架上的应用
14—3 船体分段振动时效消除焊接残余应力应用
14—4 23.75吨回转臂振动时效实验报告
14—5 振动时效工艺在水电钢岔管消除应力的应用
14—6 铸造床身时效前后的残余应力检测
14—7 连铸机回转臂及底座振动时效处理
振动时效技术及应用
主编：上海乐展研究所教授级高工 解发展 大连理工大学振动时效专家 李明义 机械研究所振动室主任 海小平 上海交通大学博士生导师 张伟君
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振动时效技术及应用
主编： 解发展 李明义 海小平 张伟军
编辑: 许 建 刘智 缪鹏飞 刘骁阳
1990年5月第1次出版印刷 1993年6月第2次改编印刷 1995年7月第3次改编印刷 1999年3月第4次改编印刷 2003年1月第5次改编印刷 2006年2月第6次改编印刷 2011年5月第7次改编印刷
国内使用振动时效一览表
序
单位
号
名称
零件 名称
材质
重量 （kg）
公称尺寸 （mm）
残余 应力 消除率 （%）
尺寸 稳定性
1
上海振华港机有 限公司
海上钻井平台
碳钢厚板 焊接
60000
20000×15000 ×4000
42% 以上
满足 要求
备注
2
上海磁悬浮列车 项目(投资90亿)
道轨
特钢
980/根 3000×400×350
近二十年来，振动消除应力技术的研究和应用，在我国取得了飞速的发展。 在此期间，经国内许多单位的共同努力，在振动时效机理、振动时效工艺技术和应 用研究方面，取得了突破性的成果，制定了我国关于振动时效方面的国家行业标准 “中华人民共和国机械行业标准JB/T5926-2005”，指导了该项技术的应用和设备 的生产，推动了该项技术的广泛应用，为我国经济建设做出了较大的贡献。
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前言
振动时效技术具有高效节能、节省费用、方便简单、省时省力、减少污染等 突出优点，因此受到国内外的广泛重视。国务院生产办公室也将该项技术的推广 应用列入了“八五规划”，“九五规划”列为重点新技术推广项目，二000年国 家经贸委列出二十五项重点推广的典型案例之一。振动时效是对机械制造业传统 的自然时效和热时效方法的革命。
图1.1振动处理构件设备布置图
稳定精度，可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。特别是在节省能源、缩短周期上 具有明显的效果，因此被许多国家大量使用。我们在该项技术的机理和应用研究上，近些年来都取得了较大 的进展。
1-1 振动时效的特点及其发展概况
一、振动时效工艺的简单程序 振动处理技术又称做振动消除应力，在我国又称做振动时效。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，并将构件用橡胶垫等弹性物体支承，如图2.1所示。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。 可见，用振动时效技术是十分简单和可行的。 二、振动时效工艺特点 振动时效之所以能够部分地取代热时效，是由于该项技术具有一些明显的特点。 1．机械性能显著提高 经过振动处理的构件其残余应力可以被消除30%~80%左右，高拉应力区消除的比低应力区大。因此可 以提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。 可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。 可以提高构件抗变形的能力，稳定构件的精度，提高机械质量。 2．适用性强 由于设备简单易于搬动，因此可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制，从几十 公斤到几百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对一些大型构件无法使用热时效处理时，振动时效就具 有更加突出的优越性。 3．节省时间、能源和费用 振动时效只需30分钟即可进行下道工序。而热时效至少需一至二天以上，且需大量的煤油、电等能源。 因此，相对于热时效来说，振动时效可节省能源90%以上，可节省费用90%以上，特别是可以节省建造大型
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振动时效技术及应用
焖火窑的巨大投资。 三、振动时效工艺的发展及应用 用振动的方法消除金属构件的残余应力技术，于1900年在美国就取得了专利。但由于人们长期使用热
时效，加上当时对振动消除应力的机理还不十分明确，且高速电机尚未出现造成设备沉重、调节不便，因此 该项技术一直未得到发展和应用。
“振动时效技术”，国外称“Vibratory Stress Relidf Method”简称 “VSR”）。它包括振动消除应力技术，振动焊接技术，振动铸造技术及用振动 提高焊接构件及轴类构件疲劳寿命技术等项内容。在调整构件残余应力的技术领 域中，振动时效技术完全可以代替原有的热时效工艺，因其应用面广，技术潜力 大，而具有重大的经济和社会效益。
材质 ZG25II
重量 （kg）
300 430 82
公称尺寸 （mm）
2310×605×425 2380×416×355 885×353×414 956×286×200
残余 应力 消除率 （%）
76.5 68 73.5 76.5
尺寸 稳定性
满足精 度要求
备注
热时效应力消除率： 75.5
8
中科院新松机器 人
14—8 “隧道股份”振动消除盾构机残余应力应用
30 30 30 31 32 32 32 33 34 34 34-35 36 37 37 37-38 39 39 40 40 41 42-43 44-47 48 48-49 50-53 53-55 55-57 58-60 60-63 63-66 67-74