JG-T6Y-永州振动消除应力，振动时效机-济南九工机电设备有限公司

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【详细说明】振动消除应力实际上就是用周期的动应力与残余应力叠加，使局部产生塑性变形而释放应力。这里，残余应力是作为平均应力提高周期应力水平而起作用的。

振动处理是对构件施加一交变应力，如果交变应力幅与构件上某些点所存在的残余应力之和达到材料的屈服极，这些点将产生塑性变形。如果这种循环应力使某些点产生晶格滑移，尽管宏观上没有达到屈服极限，也同样会产生微观的塑性变形，况且这些塑性变形往往是首先发生在残余应力的点上，因此，使这些点受约束的变形得以释放从而降低了残余应力。这就是用振动时效可以消除残余应力的机理。

动消除应力是在交变应力达到一定周次后实现的，这就是包效应作用的结果。

一、等幅荷载反复作用下金属材料的应力与应变

图是将试件在材料试验机上进行拉伸，当荷载为变幅递升多次反复时的应力-应变曲线示意图。从图中曲线可见，材料的屈服极限在逐渐提高，残余变形在逐渐增大，后导致破坏。而是等幅重复荷载作用下的拉伸曲线示意图。为重复荷载的幅值，可见，每次拉伸都使屈服点比前一次有所提高，滞回曲线面积减少，残余变形减少。经过若干次之后，残余应变为0，说明不再出现新的塑性变形，材料的塑性被强化为弹性，材料处于安定状态。这正是振动时效力学机理的静态模拟。

二、振动处理过程中材料的应力和应变

振动处理是对构件施加-交变应力，而残余应力相当于平均应力而改变了总应力的应力水平。但在交变应力作用下，残余应力是一个不稳定的力学量，在振动处理过程中逐渐下降，使总应力水平降低。从这个图中可以看到在振动处理过程中残余应力的变化情况，当材料受到等幅交变应变作用、如果材料已经屈服，则残余应力下降。设处理前的残余应力为σA，回线ACB是次交变循环时的应力和应变曲线。当总应力超过A点后，材料进入塑性直到C点。而CB又平行于弹性线，CB 末端却又偏离弹性线。这些现象都是由包效应所致。经过一定次数的循环后应力和应变均处于稳定的回线上。如图中曲线所示，残余应力由σA下降到σB而不再变化。

从原理上说是相同的，都说明要使构件中的残余应力下降，必须使作用应力叠加后大于材料的屈服极限

如果残余应力下降后，作用应力与残余应力之和小于屈服极，则构件保持稳定的应力状态。因此振动处理到一定周次后，如果不提高作用应力的量值，则继续处理已不再起作用。

一、工作原理

振动时效的核心是共振效应：通过振动源（如偏心电机）向构件施加周期性机械振动，当振动频率与构件的固有频率一致时，构件进入共振状态，产生最大振幅的振动。此时，构件内部残余应力与振动应力叠加，当合成应力超过材料的屈服极，构件局部产生塑性变形，从而释放残余应力，使应力分布趋于均匀。

为避免共振对构件造成损伤，现代振动时效机多采用亚共振技术（即振动频率接近但略低于固有频率），在保证应力消除效果的同时，提高设备安全性和适用性。

二、核心组件与系统构成

振动时效机主要由四部分组成：

振动源：通常为带偏心块的电机，通过调整偏心块的夹角改变振幅（振动强度），通过调整电机转速改变振动频率。
传感器：包括加速度传感器（采集构件振动信号）和应变传感器（监测应力变化），用于反馈构件的振动状态和应力消除效果。
控制系统：核心是信号处理单元，通过采集传感器数据，实时调整振动源的频率和振幅，确保构件处于最佳振动状态（共振或亚共振）。部分设备集成了AI算法，可自动识别构件固有频率并优化参数。
夹具与支撑：用于固定构件，确保振动能量有效传递。支撑点需避开构件的应力集中部位，避免影响振动效果。

三、典型工作流程

构件固定：将待处理构件放置在柔性支撑（如橡胶垫）上，用夹具固定，确保构件在振动时不发生位移。
传感器安装：在构件的应力集中部位（如焊缝、铸造缺陷处）安装加速度传感器和应变传感器，连接控制系统。
扫频分析：启动振动源，从低到高逐步调整频率，记录构件的振动响应（如振幅、相位），找到其固有频率或最佳亚共振频率。
时效处理：将振动频率固定在最佳值，保持一定时间（通常1-3小时），期间控制系统实时监测振动参数和应力变化，确保过程稳定。
效果检测：处理结束后，通过应力测试（如X射线衍射、盲孔法）验证残余应力消除率（一般可达30%-70%，部分情况可达80%以上）。

四、主要应用领域

振动时效机适用于各类金属构件，尤其是无法或不便采用热时效的场景，主要应用包括：

机械制造：机床床身、齿轮箱、铸件、锻件等，消除铸造/锻造残余应力，防止加工后变形。
航空航天：铝合金飞机零件、钛合金发动机部件等，避免热时效导致的材料性能下降（如晶粒长大、硬度降低）。
汽车工业：发动机缸体、曲轴、底盘构件等，消除焊接或冲压残余应力，提高疲劳寿命。
电力设备：汽轮机叶片、发电机机座等，消除热处理残余应力，防止运行中发生断裂。
钢结构：桥梁、建筑钢梁、压力容器等，消除焊缝残余应力，提高结构安全性。

五、相比传统热时效的优势

节能：热时效需加热至500-600℃，耗时几天，而振动时效仅需电力驱动，能耗降低80%以上。
环保：无废气、废水排放，避免热时效带来的环境污染。
高效：处理时间短（1-3小时），可实现流水线作业，提高生产效率。
适用范围广：可处理大型构件（如几十吨的机床床身）或复杂形状构件（如箱体类零件），无需大型加热炉。
不改变材料性能：不会导致材料晶粒长大、硬度下降或氧化脱碳，尤其适合铝合金、钛合金等敏感材料。

六、未来发展趋势

智能化：结合AI和机器学习，实现构件固有频率的自动识别、振动参数的动态优化，提高应力消除效率和一致性。
便携化：开发小型、手持或车载式振动时效机，用于现场处理大型构件（如桥梁、风电塔筒），降低运输成本。
多功能化：集成振动、超声、冲击等多种时效方式，针对不同构件（如表面应力 vs 内部应力）实现精准处理。
数据化：通过物联网技术存储和分析振动数据，建立应力消除数据库，为后续构件设计提供参考。
总之，振动时效机作为一种高效、节能的残余应力消除设备，随着技术的不断进步，其应用范围将进一步扩大，成为金属构件制造过程中的关键设备。