振 動(dòng) 時(shí) 效 工 藝

我國(guó)七十年代開(kāi)始生產(chǎn)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，一九八六年振動(dòng)時(shí)效工藝方法通過(guò)鑒定，二00五年發(fā)布JB/T5926行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2005年投入“VAII智能超級(jí)”系列全自動(dòng)振動(dòng)消除應(yīng)力專(zhuān)家系統(tǒng)”，逐步開(kāi)發(fā)、完善了振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的產(chǎn)品系列，使我國(guó)的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)和振動(dòng)時(shí)效工藝技術(shù)跨入世界先進(jìn)行列。“VAII智能超級(jí)振動(dòng)時(shí)效裝置”的開(kāi)發(fā)成功，進(jìn)一步標(biāo)志著我國(guó)振動(dòng)時(shí)效技術(shù)開(kāi)始領(lǐng)先于世界，使振動(dòng)時(shí)效工藝?yán)碚摼邆淞烁玫膶?shí)踐裝備。
    熱時(shí)效（TSR）工藝是目前還在廣泛采用的傳統(tǒng)機(jī)械加工方法，其原理是用爐窯將金屬結(jié)構(gòu)件加熱到一定溫度，保溫后控制降溫，達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的，可以保證加工精度和防止裂紋產(chǎn)生。TSR工藝廣泛應(yīng)用于幾乎所有機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)廠，在中國(guó)有幾萬(wàn)家企業(yè)每年有數(shù)十萬(wàn)噸的機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)件采用TSR，其所消耗的重油、電、煤氣和原煤折合標(biāo)準(zhǔn)煤為140-240kg／噸左右，由此可見(jiàn)TSR工藝耗能已不容忽視，其對(duì)環(huán)境造成的污染之大也是有目共矚的。TSR工藝的基本工裝低溫時(shí)效爐目前造價(jià)約為人民幣4000元/立方米左右，年維護(hù)費(fèi)用為人民幣300-400元/立方米，加上運(yùn)輸、其它輔助工作（如去除氧化皮等），每噸金屬結(jié)構(gòu)件的處理費(fèi)用將高達(dá)人民幣400-600元。  
    振動(dòng)時(shí)效（VSR）工藝是一種可完全取代TSR和NSR的工藝，其原理是用振動(dòng)消除殘余應(yīng)力，可達(dá)到TSR工藝的同樣效果，并在許多性能指標(biāo)上超過(guò)TSR。VSR工藝耗能少（是TSR的２％左右）、設(shè)備投資少和效率高，其在節(jié)能、減少環(huán)境污染和提高產(chǎn)品性能方面有卓越的表現(xiàn)，使得這一高新技術(shù)在各行各業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。
     金屬結(jié)構(gòu)件在鑄造、焊接、鍛壓和機(jī)械切削加工過(guò)程中，由于熱脹冷縮和機(jī)械力造成的變形，在工件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，致使工件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，降低工件的尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械物理性能，使工件在成品后使用過(guò)程中因殘余應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生變形和失效。為消除殘余應(yīng)力，傳統(tǒng)的工藝方法是采用自然時(shí)效和熱時(shí)效，熱時(shí)效（TSR）前面有介紹，自然時(shí)效是將工件長(zhǎng)時(shí)間露天放置（一般長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月至一年左右），利用環(huán)境溫度的不斷變化和時(shí)間效應(yīng)使殘余應(yīng)力釋放，由于周期太長(zhǎng)和占地面積大，不適應(yīng)批量生產(chǎn)和效果不理想，目前應(yīng)用的很少。
   振動(dòng)時(shí)效（VSR）對(duì)降低或勻化金屬結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力，提高抗動(dòng)載變形能力，穩(wěn)定尺寸精度和防止裂紋有非常好的效果：
   ⑴降低工件內(nèi)殘余應(yīng)力（峰值）30%-80%，與傳統(tǒng)的熱時(shí)效（TSR）相當(dāng)，工件無(wú)氧化脫碳現(xiàn)象，無(wú)需清理氧化皮，減少了輔助工時(shí)。
  ⑵與TSR相比提高了工件抗載荷變形能力，VSR工藝的應(yīng)用使工件抗靜載變形能力提高30%以上，抗動(dòng)載變形能力提高1-3倍多。
  ⑶是目前超大型結(jié)構(gòu)件和多種材料組合的結(jié)構(gòu)件唯一時(shí)效方法，VSR還適用于二次時(shí)效（一般在半精加工后），是唯一不受場(chǎng)地、環(huán)境、工序和工件形狀限制的處理方法。
  振動(dòng)時(shí)效（VSR）消除殘余應(yīng)力使工件獲得尺寸穩(wěn)定性的機(jī)理可以從宏觀和微觀兩方面解釋?zhuān)?/span>
  宏觀上，當(dāng)σ動(dòng) ＋σ殘 ≥σＳ 時(shí)（σ動(dòng) －－激振器施加給工件的周期性動(dòng)應(yīng)力，σ殘 －－殘余應(yīng)力，σＳ －－材料屈服強(qiáng)度極限），工件會(huì)產(chǎn)生少量的塑性變形，使殘余應(yīng)力峰值下降，原來(lái)不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和勻化。同時(shí)由于包辛格效應(yīng)，經(jīng)一定時(shí)間的循環(huán)后，工件材料的當(dāng)量屈服強(qiáng)度由原來(lái)的σＳ 上升，直到與所受的應(yīng)力相等，工件內(nèi)部不再產(chǎn)生新的塑性變形，此時(shí)塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強(qiáng)化，從而使工件的幾何尺寸趨于穩(wěn)定。
微觀上，因金屬具有將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能的性質(zhì)，即使在σ動(dòng) ＋σ殘 ≤σＳ 時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生微觀的塑性變形。其機(jī)理為：由振動(dòng)輸入的活化能使位錯(cuò)移動(dòng)，在位錯(cuò)塞積群的前沿引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生塑性變形；同時(shí)，遷移的位錯(cuò)切割位錯(cuò)群，以致使位錯(cuò)釘孔，材料基體得到強(qiáng)化，使松弛剛度增大，工件獲得尺寸穩(wěn)定性。
   ＶＳＲ工藝的應(yīng)用無(wú)論是對(duì)國(guó)家還是使用單位均可帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，主要包含三個(gè)方面：
   ⑴ＶＳＲ投資少，見(jiàn)效快
ＶＳＲ國(guó)產(chǎn)設(shè)備單臺(tái)投資一般在人民幣１０萬(wàn)元以下，維護(hù)費(fèi)用沒(méi)有。而一個(gè)２０平方米的爐窯投資在人民幣３５－４０萬(wàn)元左右，每年的維護(hù)費(fèi)用在４－５萬(wàn)元左右，其建設(shè)周期一般為２－３個(gè)月。
   ⑵ＶＳＲ運(yùn)行費(fèi)用低
ＴＳＲ工藝處理的工件耗能折合標(biāo)準(zhǔn)煤約１４０－２４０ｋｇ／噸，需人工約２－３工時(shí)／噸，其中不包含后期去氧化皮的人工工時(shí)，由于工作環(huán)境差其工時(shí)費(fèi)用高。ＶＳＲ工藝的耗能僅為ＴＳＲ的１－２％，需人工０．１－０．２工時(shí)／噸。
   ⑶ＶＳＲ有利于環(huán)境保護(hù)
ＴＳＲ處理使用的能源主要是重油、二氧化碳、天然氣和原煤，以使用的最廣泛的重油為例，每噸重油燃燒后產(chǎn)生約７３．５ｋｇ的二氧化硫，同時(shí)還產(chǎn)生二氧化碳 等其它有害氣體，而污染最小的天然氣通過(guò)燃燒也將產(chǎn)生四倍的廢氣，目前我國(guó)用于ＴＳＲ的重油上萬(wàn)噸，的確是一個(gè)不容忽視的污染源，其造成的間接損失不可估量。