振动时效在电机生产中的应用

孙金博　周喜东　李群芳

摘 要：随着科技时代的创新与进步，现今社会更多的工业化生产已经由自动机械设备代替了人力操作生产，而那些电动机械设备应用与操作则是需要有很强的相关技术原理，也需要懂得各种应用时效原理。各种技术原理应用更多的是以热时效、自然时效和振动时效为重，而相比较而言，振动时效又比其他时效效果更加直观，优化意识更强。了解振动时效的本质，明确振动时效操作的原理应用，在各类电机生产技术应用能力上都有很大的帮助，实践证明，振动时效技术相较其他而言是一项投资少、效率高、生产周期短和节能效果显著的基础工艺技术。实际本文说明振动时效的技术原理、特点以及相关应用操作。

关键词：振动时效；电机生产；应用；

引言

长期以来，电机制造过程都很繁复，当金属工件在铸造、锻压、焊接和切削加工及使用过程中，由于受热冷、机械变形作用，造成很多零部件在工件内部产生不同程度的残余应力，致使工件处于不平稳状态，降低工件的尺寸精度稳定性和机械物理性能，使工件在装备工作过程中产生应力变形和失效，尺寸精度得不到保证。为了消除残余应力，以往通常是采用热时效和自然时效来减少残余应力，然而这两种方式却都存在由诸多弊端：其中自然时效周期太长，占地面积大，只能较少消除工件残余应力，不适应大批量生产；而热时效虽然在控制工件变形方面有很好的作用，但是相对使用费高，辅助设备多，耗能大，炉温控制难度高，工件易氧化，增加清理工作量，且材料强度降低，易因受热不均致裂，并在冷却过程中产生新的应力，此外，热时效处理劳动条件差，污染环境，机械化自动化水平也不高。要取代两种不合适的时效技术，对工件加工使用有好的效果，就需要一种新型高效的技术方法，就这样振动时效以显著的节能降耗、降低成本、缩短周期等性能优势从诸多时效技术中脱颖而出。

从性能上和使用效率上讲，振动时效更能够适应现代工业社会对能源和环保的要求。其对工件作用的方便已经在某些发展方面有了取代传统热时效的趋势，作为一种革命性的高新技术用于生产，引发了生产机械制造业极大的兴趣，在近几十年来受到全世界范围内众多生产厂家公司更为广泛的关注与应用，正因为振动时效适用范围广、技术操作简单方便，所以振动时效可算是机械生产制造行业的一项基础工艺技术。与其他机械制造行业一样，电机的制造生产同样面临着严重的零件变形问题。对振动时效技术进行深入、细致的应用探索，获得充分的信息数据，从而对振动时效技术的生产应用提供技术依据，将是一个非常有意义的研究内容。

1.振动时效的原理及特点

1.1振动时效的原理

振动时效技术，又叫做振动消除应力，国外称之为“Vibrating Stress Relief”簡称“VSR”，在国内则被称做振动时效。振动时效是以共振原理为基础的一种在工程材料中常用的消除工件内部残余应力的方法，通过专业的振动时效设备使被处理的工件产生共振，将共振得到的震动能量传递到所有工件部位，利用其来消除和均化金属铸件、锻件、焊接结构件、有色金属等零件的残余应力，促使工件内部发生微观变形，使得工件材料内部的相关应力得到减轻与释放，恢复平衡状态，防止零件在加工和使用过程中其工件尺寸出现较大变形和开裂，影响工件精度稳定性。振动时效与传统的热时效相比，可节能95%、节省生产费用85～95%、缩短生产周期90%左右、不产生时效氧化皮等；无环境污染、不受零件大小、场地等限制、且时效效果直观，并优于热时效。

从技术微观细节方面进行分析，振动时效一般可视为是以循环载荷的形式施加在零件上的一种附着应力。正常而言，工程应用材料一般都不是理想的弹性体，其内部存在着不少不同类型的微观缺陷，所有生产过程都会在其中留下大量形状各异的机体颗粒。故而无论是任何工程材料工件，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中，当受到振动时，施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加，当应力叠加的结果达到一定的数值后，在应力集中最显著的部位就会超过材料的承受极限而发生塑性变形。这种塑性变形降低了该处残余应力峰值，并强化了金属基体。而后，振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用，直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止，此后，振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用，因而，可以得知，振动调整残余应力技术是十分简单和可行的。

原理理论说明可以设想相关振动时效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，并将构件用橡皮垫等弹性物体支承，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，一般累计振动时间不应超过40分钟。

1.2振动时效的特点

振动时效之所以能够轻易取代其他时效成为世界广泛应用的工艺技术，主要还是由于振动时效技术具有着非常明显的特点，相对于其他时效更加方便合理，也更有效率效果。

1.2.1 投资少

与热时效技术相比，振动时效不需要庞大的时效炉，能够节省很大的占地面积与昂贵的设备投资。现代工业生产中的大型铸件与焊接件，如果采用热时效来消除应力则需要建造大型时效炉，不仅造价昂贵、费时费力而且之后的生产操作利用效率极低，更何况炉内温度很难均匀，能够进行消除应力，但是效果很差.所以通过对比看来采用振动时效可以完全避免这些问题。

1.2.2 生产周期短

自然时效工作周期长，需经几个月的长期放置，热时效相关应用也是需经数十小时的周期才能完成，而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成工作，应用效率效果十分明显。而且，振动时效没有场地限制，可减少工件在时效前后的往返运输。如果将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更紧凑，而且生产工作过程中可以及时消除因加工操作而产生的应力。

1.2.3适用性强

相比较而言振动设备体积小，重量轻，便于携带。而且振动处理还不受场地大小限制，可以随时携至现场在任意场地进行处理，所以振动时效技术与热时效相比，更加突出优越性，使用简便，适应性较强。

1.2.4 节约能源 ， 降低成本

在工件的共振频率下进行时效处理 ，消耗极小。有实践证明，对于相关操作工序，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，且需要耗费大量的煤油、电等能源。两相对比可知，振动时效要比热时效能够节省能源90%以上，特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。

1.2.5 提高机械性能

振动时效工艺技术使用简便，易于机械化自动化生产操作。应力消除效果明显，可以提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀，还能够避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷，稳定构件的精度，提高机械质量，是目前唯一能進行二次时效的方法。

2.振动时效在电机生产中的应用

振动时效技术兴起于二战以后，在欧美国家率先应用。上世纪五十年代前后，随着现代科学技术的进步，振动理论、测试技术和激振设备都得到迅速的发展。从实践研究效果中得知在工件的共振频率下进行振动，可以缩短振动处理时间，消除应力和稳定尺寸精度的效果更好，能源消耗也最少，相应的也出现了能够用于实际的振动设备。新型振动时效工艺和设备的出现受到各国的高度重视，迅速应用于实际生产中。由于这种工艺日趋成熟，振动和控制设备日臻完善，振动时效已为十多个工业发达国家广泛采用。在广泛的生产操作过程中，振动时效针对电机上的应用也是越来越多，作用越来越大，在电机生产进行振动时效处理，以控制加工变形并提高其尺寸稳定性，能够显现出振动时效是极其高效节能的工艺方式。

而在我国，是直到20世纪七十年代才由国外引进。经过多年实践积累，后我国振动时效工艺达到成熟、完备，振动时效设备也步入世界先进水平，基本满足振动时效工艺要求，成为中央指定的重点推广技术之一。对电机生产中的应用，振动时效主要开展铝合金振动时效工艺研究及应用工作。

总结

振动时效是多年来广泛采用的一种先进技术，由于这种技术具有诸多优点，我国机械加工业已普遍开始采用，并且已为越来越多的人们所接受。振动时效技术在降低残余应力方面已可以与热处理相媲美，但对飞机结构疲劳寿命影响等问题，有较大的分歧意见。以严谨的科学态度，进行必要的试验研究，从试验数据得出结论，这是振动时效技术最终进入航空制造业的必由之路。

参考文献：

[1]马永波.振动时效技术工艺标准化研究[A].中国标准化协会.第十四届中国标准化论坛论文集[C].中国标准化协会：，2017：4.