振動時效源自于敲擊時效。在焊接過程中有經(jīng)驗(yàn)的焊接師傅在施焊一段時間后立即用小錘對焊縫及周邊進(jìn)行敲擊以防止產(chǎn)生裂紋，究其原因即是隨時將焊接應(yīng)力消除一些，以免產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。而實(shí)際上這種敲擊的能量是有限的，后來人們發(fā)現(xiàn)使工件產(chǎn)生共振時，可給工件輸入振動能量，從而于1915年在美國產(chǎn)生了世界關(guān)于振動消除殘余應(yīng)力的專利，并出現(xiàn)了振動時效設(shè)備。但由于當(dāng)時難以制造出高頻率的振動時效設(shè)備，且對其機(jī)理也尚待研究，所以二十世紀(jì)五十年代以前，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展十分緩慢。到了五十年代后期，由于電機(jī)制造水平不斷的提高，輕巧的振動時效設(shè)備陸續(xù)在美國、德國、英國、法國、蘇聯(lián)等國家出現(xiàn)，并不斷地被應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)中，實(shí)際應(yīng)用證明振動時效比熱時效能提高工件的尺寸穩(wěn)定性。實(shí)際應(yīng)用的成功又促進(jìn)了人們對機(jī)理的探討。到目前為止，上述國家的較大型機(jī)械制造廠商基本上在采用振動時效工藝。

   國內(nèi)開展振動時效研究比較晚，早是由孫照清總工程師等老一輩的工程技術(shù)人員74年出國考查訪問時，把這項(xiàng)技術(shù)帶回國內(nèi)，并開始在機(jī)械部、航空部研究移植，并于“六五”期間在機(jī)械部提出的攻關(guān)課題之一—提高機(jī)床鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的大課題里面確定了“振動時效可行性研究”這一子課題，并由北京機(jī)床研究所和四大機(jī)床廠來完成這一課題。經(jīng)過幾年的努力與其它兄弟院所一起取得了一定的成果，證明振動時效工藝的可行性。由于受當(dāng)時簡易設(shè)備的限制，一些工藝參數(shù)很難測量也限制了這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用。

 

金屬構(gòu)件在冷熱加工過程中，會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。而殘余應(yīng)力的存在又對工件造成變形和開裂等影響，因此消除殘余應(yīng)力的時效工藝就很重要了。能降低殘余應(yīng)力，使工件尺寸穩(wěn)定的工藝方法都叫“時效”。消除殘余應(yīng)力的工藝方法大致分為：自然時效、熱時效、振動時效、靜態(tài)過載時效、熱沖擊時效、超聲沖擊時效等，其中振動時效方法環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、方便，在提高金屬構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性方面具有較好的效果，因此被越來越多的應(yīng)用于機(jī)械加工的各個工序中。

從宏觀角度分析，振動時效使工件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應(yīng)力并使材料的抗變形能力加大，無疑是導(dǎo)致工件尺寸穩(wěn)定的原因。從分析殘余應(yīng)力松馳和工件變形中可知，殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)力松馳和再分布，使工件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時效方法以消除和降低殘余應(yīng)力，和危險的峰值應(yīng)力。振動時效同樣可以降低殘余應(yīng)力。工件在振動處理后殘余應(yīng)力通?？山档?，同時也使峰值應(yīng)力降低，使應(yīng)力分布均勻化。

除殘余應(yīng)力值外，決定工件尺寸穩(wěn)定性的另一因素是松馳剛性，或工件的抗變形能力。有時雖然零件具有殘余應(yīng)力，但因其抗變形能力強(qiáng)，而不致造成大的變形。在這一方面，振動時效同樣表現(xiàn)出較好的作用。由振動時效的加載試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)振動時效處理過的工件其抗變形能力高于未經(jīng)振動時效處理過的工件，也高于經(jīng)熱時效處理過的工件。振動時效通過共振的能量而使材料得到強(qiáng)化，使工件的尺寸達(dá)到穩(wěn)定。

 

概括起來講振動時效的工藝過程分四步進(jìn)行：

第1步：首先用彈性橡膠墊將要時效處理的工件在其節(jié)線附件支撐起來，并將激振器用弓形卡具卡緊在工件振動時的波峰處，將測試工件振動情況的傳感器用磁座吸緊在工件上，并用電纜線將激振器、傳感器和控制器連接起來，這一步又稱為準(zhǔn)備過程。

第二步：振動時效設(shè)備以掃描的方式自動檢測出被時效處理工件的固有共振頻率和應(yīng)該給工件振動能量的大小，這一步又稱為振前掃描。

第三步：振動時效設(shè)備以第二步測得參數(shù)為依據(jù)自動（或手動）確定出對工件進(jìn)行振動處理的振動頻率，并對工件進(jìn)行振動時效處理。在處理過程中隨時檢測振動參數(shù)和工件殘余應(yīng)力的變化，而殘余應(yīng)力不再消除時即適時停止處理過程，這一步又稱為振動處理過程。

第四步：振動處理完畢后，振動時效設(shè)備自動對被時效處理工件的參數(shù)進(jìn)行再一次檢測，以便依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對振動時效效果進(jìn)行判定。這一步又稱為時效效果檢測過程或振后掃描。

   振動時效越來越多的被應(yīng)用于機(jī)械加工工藝中是因?yàn)檎駝訒r效自身的特點(diǎn)決定的。也是經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐證明了的。振動時效技術(shù)與傳統(tǒng)的自然時效和熱時效相比：

◆ 時效處理好

研究和實(shí)際應(yīng)用證明，振動時效對工件的時效好于燒煤、重油或煤氣的熱時效爐，而基本與電爐的時效相近。因?yàn)檎駝訒r效克服了熱時效爐爐溫不均而造成消除應(yīng)力不均勻之難題，而且避免了工件因加熱而降低其抗變形能力的影響，所以一般經(jīng)振動時效處理的工件較一般熱時效處理的工件的尺寸穩(wěn)定性可提高。

◆ 投資少，經(jīng)濟(jì)

振動時效設(shè)備的價格一般在2—8萬元左右，就能滿足幾百噸以下工件的時效處理，而對大型工件建造熱時效爐窯不僅需投資幾十萬元，而且占地面積大，應(yīng)用起來不靈活，如果工件少還不值得開爐、工件太大時又裝不進(jìn)爐等。

◆ 適應(yīng)性

振動時效技術(shù)的使用不受場地、工件大小、形狀、重量等條件的限制，由于振動時效設(shè)備只有幾十公斤，所以對大型工件可就地進(jìn)行時效處理。同時根據(jù)工藝要求可安排在工件不同的加工工序間進(jìn)行時效處理

◆ 無環(huán)境污染問題。

隨著人們對環(huán)境要求的提高，熱時效爐窯的煙氣、粉塵、爐渣問題已受到限制，振動時效則能完全避免，這也是振動時效技術(shù)被國家環(huán)保局近幾年一直推廣的原因。

◆ 節(jié)能

振動時效處理一個周期下來只用幾度電，與熱時效比較起來節(jié)能。

◆ 效率

自然時效需經(jīng)6個月至一年時間，熱時效也需要十幾至幾十個小時一個周期，而振動時效只需十幾分鐘至一個小時即可完成。

◆ 適合不宜高溫時效的工件消除應(yīng)力處理

如不銹鋼件、有色金屬件、焊修后的機(jī)械零件等等。