[发明专利]一种新型振动时效的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动时效的新方法。振动时效，国外称之为“VibratingStress Relief”简称“VSR”，旨在通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形--被歪曲的晶格逐渐回复平衡状态。位错重新滑移并钉扎，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。

背景技术

振动时效原理是：通过对工件上施加周期性激振力，在工件的共振频率进行振动，使工件的内部组织获得动应力。当σ_动+σ_残≥σ_s时(σ_动-激振器施加给工件的周期性动应力，σ_残-残余应力，σ_s-材料屈服强度极限)，工件会产生少量的塑性变形，原来不稳定的残余应力得到松弛和匀化，使残余应力峰值下降，从而使工件的几何尺寸趋于稳定。

传统的振动时效是通过电机的旋转带动固定在工件上的激振器的偏心块产生周期性激振力，共振频率的寻找和时效效果的判断都是根据加速度参数进行的，加速度的大小虽然能间接的反映动应力的变化，但不能定量反映动应力的大小，所以为了防止动应力过大对工件材料的影响，行业标准规定用亚共振(共振频率左右)时效方法。这种振动时效方法经过几十年的发展，它的缺点已暴露出来，时效效果不确定，判断方法不能被用户信服。在实际使用中人们希望能在处理过程和处理后对时效的效果进行定量的分析，现有的测量方法有盲孔法，磁测法，X衍射法，但费用上和耗时方面都不适合生产现场的需要，故在推广这种高效节能的工艺时这些测量方法在生产现场使用起来较难，而且测量结果的重复性很差，不宜作为现场检测手段使用。人们尚期望有一种快速，便捷，经济且易于规范化的定量判据。此外，现有振动时效设备都是使用电机带动偏心块产生振动，在共振频率下激振力的调节要通过调节偏心量来实现，调节偏心量必须由操作人员用扳手在停机状态下进行，这种激振器工作效率低下，无法实现实时调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以磁致伸缩激振器作为振源，并直接采用动应力作为时效参数和振动效果判据的新型振动时效方法。

本发明所述的振动时效的方法，硬件方面包括计算机、磁致伸缩激振器、多组加速度传感器和多组动应变传感器，其中磁致伸缩激振器加载在被时效工件表面施以周期性激振力，多组加速度传感器和多组动应变传感器分别设置在被时效工件的容易产生裂纹和变形的部位上用于收集加速度和动应变信号，两种信号通过各传感器的测量电路送至数据采集电路，由数据采集电路采集数据后输入控制计算机，计算机分析不同频率和动应变间的对应关系并排序，选择最大的前几个动应变值所对应的频率作为振型，再通过控制电路输出控制信号调整磁致伸缩激振器的驱动电路的电流及工作时间，使磁致伸缩激振器以上述的频率振动直至完成时效。

上述计算机进行分析并判断振动频率的步骤为：

11)控制磁致伸缩激振器以0.5A-1A电流，频率从低到高的对工件进行振前扫描；

12)记录并计算加速度-频率的对应关系即a-f图，以及动应变-频率的对应关系即δ_d-f图；

13)根据a_n-a_n-1＞20，a_n-1-a_n＜20确定共振频率f₁…f_n；

14)根据比较，选取最大的前前三到五个动应变值所对应的频率确定时效振型f₁，f₂，f₃，f₄，f₅。

确定磁致伸缩激振器的驱动电流和时效时间的步骤为：

21)根据上述确定的振型频率f₁，f₂，f₃，f₄，f₅，首先在f₁频率下进行振动时效；

22)根据1/3δ_工＜δ_d＜2/3δ_工和材料，计算机计算出能达到时效效果的合适动应变ε_d0；

23)根据上述确定的动应变ε_d0调节电流，使ε_d≥ε_d0，并保持恒流I₁进行时效；