1绪论1.1振动时效技术特点金属构件在焊接、铸造、锻造和机械加工等工艺过程中,其内部将产生残余应力,极大地影响了构件的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能等。“时效”是降低残余应力使构件尺寸精度稳定的方法。目前用于消除残余应力的通用方法有：热时效、自然时效和振动时效。热时效存在着能耗大、成本高、材料机械性能下降、大工件无法处理等弊端；自然时效时间长,效率低,仅能使应力消除2%～10%等弱点。国外60年代开始研究采用振动时效来消除金属工件内残余应力。随着研究的深入，振动时效工艺技术便产生并不断改进。振动时效工艺，国外称为“VSR”方法，是利用共振原理降低和均化金属结构内部残余应力，获得结构尺寸精度稳定的一种新技术，其特点可完全取代传统的热时效和自然时效工艺，具体特点如下：①投资少。与热时效相比它无需庞大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。现代工业中的大型铸件与焊接件如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉不仅造价昂贵利用率低，而且炉内温度很难均匀消除应力效果很差，采用振动时效可以完全避免这些问题。因此目前对长达几米至几十米的桥梁船舶，化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件较多地采用了振动时效。②生产周期短。自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成。而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成，而且振动时效不受场地限制，可减少工件在时效前后的往返运输，如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可以消除加工过程中产生的应力。③使用方便。振动设备体积小、重量轻，因此便于携带。由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比使用简便适应性较强。④节约能源降低成本。在工件的共振频率下进行时效处理耗能极小，实践证明功率0.18～0.74kW的机械式激振器可振动150t以下的工件，故粗略计算其能源消耗仅为热时效3%～5%，成本仅为热时效的8%～10%。⑤其他。振动时效操作简便易于实现机械化、自动化；可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；是目前唯一能进行二次时效的方法；它又是绿色技术，在时效过程中无污染[1，2，3]。1.2振动时效技术的发展及现状1.2.1振动时效的发展及国外应用情况振动时效源自于敲击时效，我们知道在焊接过程中有经验的焊接师傅在施焊一段时间后立即用小锤对焊缝及周边进行敲击以防止产生裂纹，究其原因既是随时将焊接应力消除一些，以免最终产生较大的应力集中。而实际上这种敲击的能量是有限的，后来人们发现使工件产生共振时可给工件输入最大的振动能量。因此，用振动的方法消除金属构件残余应力的技术，由美国著名物理学家J.W.Stratt于1900年在美国取得了专利。其基本思想是通过对应力工件施以循环载荷，使工件内应力释放，从而使工件残余应力降低、尺寸稳定。但由于当时难以制造出高频率、轻巧的振动时效设备，且对其机理也尚待研究，所以二十世纪五十年代以前，这项技术的发展十分缓慢，到了五十年代后期，由于电动机制造水平不断的提高，轻巧的振动时效设备陆续在美国、德国、英国、法国、苏联等国家出现，并不断地被应用到机械制造业中，大量的实际应用证明这种方法比热时效更能提高工件的尺寸稳定性[4]。实际应用的成功又大大地促进了人们对其机理的探讨，所以这一时期产生了大量的有关振动时效的论文，到目前为止，上述国家的较大型机械制造厂商基本上都在采用这一时效技术。许多国家还将振动时效定为某些机械构件必须采用的标准工艺。1.2.2振动时效在国内的发展及现状国内开展这项工作比较晚，首先由孙照清总工程师等老一辈的工程技术专家74年出国考查访问时，把这项技术带回国内，并开始在机械部、航空部研究移植，并于“六五”期间在机械部提出的攻关课题之一—提高机床铸件产品质量的大课题里面确定了“振动时效可行性研究”这一子课题。振动时效技术于1991年被国务院新技术办公室批准为国家重点推广项目，并在同年出台了JB/T5926—91《振动时效工艺参数选择及技术要求》，推动了此技术的推广。1993年被国家科委列为“国家级科技成果重点推广计划”项目。目前，我国已有大量振动时效设备投入使用，涉及领域包括机床、冶金、矿山、航空、航天、军工、轻工、电力、纺织、风机、建筑、造纸等几乎所有机械制造行业。随着其应用日益广泛，对其研究也越来越深入[5]。我国科技工作者经过多年努力,在振动时效技术发展和设备研制上取得了突破性进展,振动时效设备从普通型发展到