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[摘 要]通过分析振动时效装置的原理，找出影响振动时效装置处理效果的多种因素，对装置的校准方法进行探讨，方便用户对装置的使用。
[关键词]振动时效；影响；校准；特性
中图分类号：O32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0140-01
1 引言
金属构件在铸造、焊接、锻造、切割等加工或使用过程中，由于受热、受冷、机械变形等作用而在工件内部产生残余应力，致使其在使用过程中处于不稳定状态，降低其的尺寸稳定性和机械物理性能，甚至产生大的应力应变或失效。严重者甚至影响其参与构成的大的结构或产品的稳定性，造成灾难性的影响。因此应在金属构件加工或使用过程中，通过时效处理来消除残余应力。传统的时效处理方法通常有热时效和自然时效。但是这两种方式周期长、能耗高、工作量大，应力消除效果不明显。因此新的时效处理方法-振动时效处理方法应运而生。振动时效工艺具有节能显著、成本低廉、周期很短等优势，适应新世纪节能降耗的趋势而有很强的应用前景。它可节约时效成本90%以上，节能95%以上，设备轻便，工艺简单、适应性强、自动化程度较高等。但是振动时效装置激振力的设定、转速以及加速度测量的正确与否都会对振动时效的效果带来大的影响，目前又没有有效的校准访求对振动时效装置进行监控，因此有必要研究对该类设备进行计量的方法，以满足生产和科研的需要。
2 振动时效的原理
振动时效在国外称“VSR”方法，该装置一般由电机带动偏心轮旋转构成的激振器和振动幅值测量部分组成。其原理是电机在一定的转速下带动偏心轮旋转而产生周期性的作用力，工件在周期性作用力下在某一频率或几个频率点产生共振，产生足够的动应力与工件内部在铸造、焊接、锻造、切割等加工或使用过程中由于受热、受冷、机械变形等作用而产生残余应力的残余应力叠加，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、整体的弹塑性变形，同使使工件内部的残余应力得到削弱或消除，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。
3 振动时效装置的校准
振动时效装置一般由激振器及振动测试仪器构成，通过调整激振器的偏心距及转速，达到调整激振力的目的，通过振动测试仪器的振动测试，找到工件的共振点，从而控制相应的激振力进行时效处理，激振器偏心轮的转速有的可以达到几万转，通过测试时的软件分析可以方便地寻找到共振频率，从而可以实现低频到高频条件下的共振时效处理，通过分析振幅和时间的变化关系，判断振动时效的效果及相应的变化。但是大部分振动时效装置不能分部测量，必须在整体运行状态下才能监测到各个参数，如激振力、转速、加速度等。而激振器运行过程中激振力大且频率较高，噪音较大，且无专用的夹持设备，目前没有统一方便的校准方法对其进行有效校准。在此我们尝试多种途径对其进行校准。
3.1 校准方法探讨一
直接校准法1.激振力的大小是通过工件承受动应力值的大小来衡量的，是振动时效和工艺的一个重要参数。该方法是尝试用大于装置最大激振力2倍量程的冲击力传感器对激振力进行校准。激振器及冲击力传感器分别置于模拟被测工件的两面，通过冲击力测试系统读取激振力大小，与振动时效装置设定的激振力数值进行比较。转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，在激振器运转的同时，读取标准加速度值和实际加速度值。由于冲击本身有较大的不确定度，因此激振力的测量与实际的激振力设定有着较大的差距。
直接校准法2.使用动态电阻应变仪进行动应力校准。通过应力应变的转换得到应力值。转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，在激振器运转的同时，读取标准加速度值和实际加速度值。由于动态电阻应变仪进行动应力的测量比较繁琐，但所得结果与设定值相比有较高的一致性。
3.2 校准方法探讨二
间接校准法。激振力的大小可通过计算公式（1）来求得。即
（1）
F-激振力（kN） Q-偏心轮重（kg/100） g-重力加速度
ω-角速度 r-偏心距（mm）
振动时效装置的激振器除角速度需要实测外，其它都是已知量，因此可通过测量偏心轮（或者说直流电机）的转速，换算成角速度，代入公式即可计算出激振力，因此可将计算激振力与实际设定激振力进行比较；转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，从而读取标准加速度值和实际加速度值。激振力的测量本身有许多影响因素，如支撑点的选择、工件的承重、测量转速的设定，工件的共振频率等许多因素，但与理论值相比还是有大的相关性。
3.3 校准方法探讨三
比对法。由于加速度的测量必须在激振器运行的情况下才能进行，因此预置一长大工件，将振动时效装置的激振器紧固在工件上，加速度传感器安装在相应的测试位置，同时将标准加速度计安装在加速度传感器附近（最好是二者背靠背），运行振动时效装置，并调整使之产生不同的加速度，分别读取加速度的值并加以比较。 激振力的测试按上述两种方法之一进行，转速的测量通过转速频率测量仪进行.
4 结束语
对振动时效装置的校准主要是通过对其各个参数的测量，验证激振力、转速、加速度幅值等之间的一致性和相互关系，为准确实施振动时效消除工件残余应力提供科学依据。通过一定次数的试验后，上述几种方法都具有一定的可行性，但校准方法三为比对法，一般在不具备直接法校准的前提采用。其它两种方法具有一定的局限性，仍需进一步进行测试来逐步改进与完善。
参考文献
[1] 芦亚萍等.振动时效机理研究〔J〕，机械科学与技术，西北工业大学出版，2001第4期：587-589.
[关键词]振动时效；影响；校准；特性
中图分类号：O32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0140-01
1 引言
金属构件在铸造、焊接、锻造、切割等加工或使用过程中，由于受热、受冷、机械变形等作用而在工件内部产生残余应力，致使其在使用过程中处于不稳定状态，降低其的尺寸稳定性和机械物理性能，甚至产生大的应力应变或失效。严重者甚至影响其参与构成的大的结构或产品的稳定性，造成灾难性的影响。因此应在金属构件加工或使用过程中，通过时效处理来消除残余应力。传统的时效处理方法通常有热时效和自然时效。但是这两种方式周期长、能耗高、工作量大，应力消除效果不明显。因此新的时效处理方法-振动时效处理方法应运而生。振动时效工艺具有节能显著、成本低廉、周期很短等优势，适应新世纪节能降耗的趋势而有很强的应用前景。它可节约时效成本90%以上，节能95%以上，设备轻便，工艺简单、适应性强、自动化程度较高等。但是振动时效装置激振力的设定、转速以及加速度测量的正确与否都会对振动时效的效果带来大的影响，目前又没有有效的校准访求对振动时效装置进行监控，因此有必要研究对该类设备进行计量的方法，以满足生产和科研的需要。
2 振动时效的原理
振动时效在国外称“VSR”方法，该装置一般由电机带动偏心轮旋转构成的激振器和振动幅值测量部分组成。其原理是电机在一定的转速下带动偏心轮旋转而产生周期性的作用力，工件在周期性作用力下在某一频率或几个频率点产生共振，产生足够的动应力与工件内部在铸造、焊接、锻造、切割等加工或使用过程中由于受热、受冷、机械变形等作用而产生残余应力的残余应力叠加，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、整体的弹塑性变形，同使使工件内部的残余应力得到削弱或消除，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。
3 振动时效装置的校准
振动时效装置一般由激振器及振动测试仪器构成，通过调整激振器的偏心距及转速，达到调整激振力的目的，通过振动测试仪器的振动测试，找到工件的共振点，从而控制相应的激振力进行时效处理，激振器偏心轮的转速有的可以达到几万转，通过测试时的软件分析可以方便地寻找到共振频率，从而可以实现低频到高频条件下的共振时效处理，通过分析振幅和时间的变化关系，判断振动时效的效果及相应的变化。但是大部分振动时效装置不能分部测量，必须在整体运行状态下才能监测到各个参数，如激振力、转速、加速度等。而激振器运行过程中激振力大且频率较高，噪音较大，且无专用的夹持设备，目前没有统一方便的校准方法对其进行有效校准。在此我们尝试多种途径对其进行校准。
3.1 校准方法探讨一
直接校准法1.激振力的大小是通过工件承受动应力值的大小来衡量的，是振动时效和工艺的一个重要参数。该方法是尝试用大于装置最大激振力2倍量程的冲击力传感器对激振力进行校准。激振器及冲击力传感器分别置于模拟被测工件的两面，通过冲击力测试系统读取激振力大小，与振动时效装置设定的激振力数值进行比较。转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，在激振器运转的同时，读取标准加速度值和实际加速度值。由于冲击本身有较大的不确定度，因此激振力的测量与实际的激振力设定有着较大的差距。
直接校准法2.使用动态电阻应变仪进行动应力校准。通过应力应变的转换得到应力值。转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，在激振器运转的同时，读取标准加速度值和实际加速度值。由于动态电阻应变仪进行动应力的测量比较繁琐，但所得结果与设定值相比有较高的一致性。
3.2 校准方法探讨二
间接校准法。激振力的大小可通过计算公式（1）来求得。即
（1）
F-激振力（kN） Q-偏心轮重（kg/100） g-重力加速度
ω-角速度 r-偏心距（mm）
振动时效装置的激振器除角速度需要实测外，其它都是已知量，因此可通过测量偏心轮（或者说直流电机）的转速，换算成角速度，代入公式即可计算出激振力，因此可将计算激振力与实际设定激振力进行比较；转速的测量通过转速频率测量仪进行；加速度的测量是将加速度传感器与标准加速度传感器背靠背放在标准振动台上，从而读取标准加速度值和实际加速度值。激振力的测量本身有许多影响因素，如支撑点的选择、工件的承重、测量转速的设定，工件的共振频率等许多因素，但与理论值相比还是有大的相关性。
3.3 校准方法探讨三
比对法。由于加速度的测量必须在激振器运行的情况下才能进行，因此预置一长大工件，将振动时效装置的激振器紧固在工件上，加速度传感器安装在相应的测试位置，同时将标准加速度计安装在加速度传感器附近（最好是二者背靠背），运行振动时效装置，并调整使之产生不同的加速度，分别读取加速度的值并加以比较。 激振力的测试按上述两种方法之一进行，转速的测量通过转速频率测量仪进行.
4 结束语
对振动时效装置的校准主要是通过对其各个参数的测量，验证激振力、转速、加速度幅值等之间的一致性和相互关系，为准确实施振动时效消除工件残余应力提供科学依据。通过一定次数的试验后，上述几种方法都具有一定的可行性，但校准方法三为比对法，一般在不具备直接法校准的前提采用。其它两种方法具有一定的局限性，仍需进一步进行测试来逐步改进与完善。
参考文献
[1] 芦亚萍等.振动时效机理研究〔J〕，机械科学与技术，西北工业大学出版，2001第4期：587-589.