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振动时效工艺新研究

托普集团成都托普数控有限责

任公司周鹏

摘要：综合分析了目前振动时效工艺应用中常见的盲目采用全自动振动时

效设及其工艺的问题，提出应从选设备，分析具体工件的工艺入手，有针对性

地分析每一工件再时效处理，通过实例证明了采用合理设备及工艺后振动时效

的优越性。

一、前言

近年来，振动时效技术作为一种环保、节能、高效的时效工艺处理方法，

以其特有的优点和明显的经济效益，被越来越多的机械生产厂认同、接受并使

用。

二、振动时效的机理

振动时效的实质是通过振动的形式给工件施加一个动应力，当动应力与工

件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的微观屈服极限时，工件就会发生

微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应

力，最终达到防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸与几何精度的目的。

三、振动时效工艺的常见问题

由于部分用户对振动时效的机理不甚了解，盲目使用一些简易的（所谓

“全自动振动时效”）振动时效设备对产品进行时效。这种完全不针对工件个

性、仅按照振动时效设备生产者预置的参数，对各种工件均采用一种或几种工

艺参数进行时效的方法，会导致被时效工件出现下列几种情况：

1．假时效：工件未发生共振或振幅很小或者虽然振幅较大，但工件整体

做刚体振动或摆动，“全自动振动时效设备”也能按照预置的程序打印或输出

各种时效参数、曲线，误导操作者和工艺员判断，这样工件根本没有达到时效

的效果；

2．误时效：工件虽然产生共振，但是发生的振型与工件所需要的振型不

一致，动应力没有加到工件需去应力的部位，这样不能使工件达到预期的时效

目的，影响时效的效果;

3．过时效：由于不针对工件个性采用合理的时效参数，完全照盲目预置

的参数，对工件进行时效，可能会因为共振过于强烈或振幅过大，导致工件内

部的缺陷（裂纹、夹渣、气孔、缩松等）继续扩大、撕裂，甚至报废的严重后

果。

四、振动时效的工艺分析

由上述的振动时效工艺的现状可以看出：用盲目的全自动振动时效工艺对

工件时效处理是伪科学的，这不仅不能使工件达到时效目的，还会因此出现严

重的后果，造成工件开裂，甚至机毁人亡。

那么，什么样的振动时效工艺才是科学的呢？

首先，应在时效前分析工件的残余应力分布情况，形位精度要求，以及今

后的工作载荷和可能失效的原因等，制订合理的振动时效工艺，确定时效路线

及重点时效部位。

1．形位精度分析：

根据工件直线度、圆柱度、平面度、同轴度、对称度等，应采取不同的激

振力，选用不同的振型。

2．共振频率分析：

根据工件强度、刚性、批量选择不同支撑方式或采用振动平台进行处理。

3．振型分析：

不同的频率对应不同的振型，不同的振型对应不同动应力场。

4．工作载荷：

针对工件今后的工作变形状况，应重点消除工况状态工件载荷较大部位的

残余应力，选用与之相对应的振型进行时效处理。

5．工况失效分析：

根据今后可能出现的问题，应选用不同的激振力不同的时间进行时效处理。

其次，应根据被时效的工件，科学地选择振动时效设备。不应该选择一些

简易的、所谓“全自动振动时效设备”；而应该深入了解振动时效机理后，通

过比较选择这样的振动时效设备：

a)运行稳定、转速闭环控制、定速可靠、在线打印、性价比高：

b)强弱电隔离、自我保护功能强、故障率低、易于维修：

c)操作方便、能够人机对话，并能通过面板输入口令设置设备运行参数，

而不需要改变硬件设置：

d)不论使用何种操作模式（手动、半自动、全自动、编程）均能实现多峰

值自动识别、多振型时效，并能实现局部扫描、局部打印；并且能针对工件的

个性，采用超级手动（可根据操作者的经验及意愿直接快速完成振前扫描、打

印、识别、时效、振后扫描）完成有用峰的时效，避免处理无用峰；而且还能

够通过超级手动找出大量工艺参数，作科学的分析，找出相同零件的共性，迅

速、方便地在面板上编制程序并储存，以便今后随时调用对工件科学全自动的

时效处理；

e)能遥控操作：对大型零件，能使操作者一边触摸观察工件的情况，一边

远距离操控设备，调整运行参数，完成时效的全过程；同时还能让操作者远离

噪声，保护操作者。

五、应用实例

近几年来，笔者在生产现场，通过实际操作济南西格马科技有限公司生产

的SSIN100B、SSIN80B振动时效系统，编制科学全自动的时效程序，确定振动

时效方法、路线，为所供职的公司（托普集团成都托普数控，生产加工中心）

的产品质量提供了有力的保障，同时也为公司节约了大量的时效费用，降低了

生产成本，提高了产品的市场竞争力。

同时，为我公司来调研的工厂推荐了合适其产品的、经过