頻譜諧波震動(dòng)時(shí)效處理機(jī)
一、震動(dòng)時(shí)效處理亞共振的原理：
用激振器對(duì)工件施加周期性外力，通常在1000-10000rpm范圍內(nèi)，從低速到高速掃頻，當(dāng)施加外力的頻率與工件固有頻率合拍時(shí)，產(chǎn)生共振，尋找所有能產(chǎn)生共振的固有頻率，然后在共振頻率的亞共振區(qū)對(duì)工件施加振動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，與殘余應(yīng)力疊加，發(fā)生塑性屈服，從而降低峰值殘余應(yīng)力，使殘余應(yīng)力分布均化。
二、我公司為什么會(huì)研發(fā)頻譜諧波時(shí)效模式？
1、振動(dòng)時(shí)效技術(shù)起源幾十年，一直采用亞共振模式（也叫掃頻方式）。此模式在消除、均化殘余應(yīng)力上有一定的效果，曾引起機(jī)械制造業(yè)的廣泛關(guān)注，但大量的用戶對(duì)其評(píng)價(jià)是褒少貶多。此模式有四大障礙性難題無(wú)法解決
1，處理范圍有限。由于受電機(jī)轉(zhuǎn)速限制，無(wú)法處理高剛性高固有頻率工件，在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用范圍只有23%。
2，處理效果欠佳。此模式在能處理的23％范圍內(nèi)，處理工件時(shí)通常只能找到一個(gè)或很少的共振頻率。一個(gè)頻率只有一種振型，產(chǎn)生一個(gè)較大動(dòng)應(yīng)力方向，而工件內(nèi)部殘余應(yīng)力集中狀態(tài)非常復(fù)雜，殘余應(yīng)力呈多維分布，一個(gè)振型的動(dòng)應(yīng)力只能與殘余應(yīng)力在一個(gè)方向上疊加，故消除均化殘余應(yīng)力效果很差。
3，處理效果不恒定。由于工藝參數(shù)選取時(shí)，對(duì)激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)、拾振點(diǎn)有特殊要求，對(duì)操作者要求很高，不同人操作設(shè)備，處理工件的效果相差很大，很難納入正式工藝。
4，振動(dòng)噪音大。高頻共振，噪音很大。
四大難題，阻礙了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的應(yīng)用，許多企業(yè)排斥振動(dòng)時(shí)效。要真正使高效、節(jié)能的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)取代熱時(shí)效，去造福社會(huì)，造福企業(yè)，必須技術(shù)創(chuàng)新。在這種技術(shù)背景中，我們研發(fā)了新型的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)——頻譜諧波時(shí)效，它是時(shí)效領(lǐng)域的革命，解決了振動(dòng)時(shí)效技術(shù)起源幾十年未能解決的障礙性難題，從而使取代以消除應(yīng)力為目的的熱時(shí)效成為可能。
三、頻譜諧波時(shí)效及功能優(yōu)勢(shì)
頻譜諧波時(shí)效模式不需掃描，通過(guò)傅立葉方法對(duì)工件進(jìn)行頻譜分析找出工件的幾十種諧波頻率，在這幾十種諧波頻率中優(yōu)選出對(duì)消除工件殘余應(yīng)力效果優(yōu)質(zhì)的五種不同振型的諧波頻率進(jìn)行時(shí)效處理，較大動(dòng)應(yīng)力方向有5個(gè)，達(dá)到多維消除應(yīng)力，提高尺寸精度穩(wěn)定性的目的。其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)功能：
（1）采用頻譜分析技術(shù)，解決了亞共振模式因激振器頻率范圍限制而不能對(duì)高剛性固有頻率工件進(jìn)行振動(dòng)處理的難題，這樣就把一直以來(lái)亞共振振動(dòng)時(shí)效產(chǎn)品在機(jī)械制造業(yè)只有23％的應(yīng)用面提升到接近100％。
（2）對(duì)所有工件都能分析出幾十個(gè)諧振頻率優(yōu)選處理效果優(yōu)質(zhì)的5種振型頻率，2種備選頻率，從而解決了亞共振模式產(chǎn)品對(duì)殘余應(yīng)力呈多維分布，精度要求高的結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件無(wú)能力處理的難題。多種振型多方向與工件多維殘余應(yīng)力充分疊加，使處理有效優(yōu)于熱時(shí)效和傳統(tǒng)的振動(dòng)時(shí)效（亞共振時(shí)效）。
（3）自動(dòng)確定振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)，對(duì)激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)、傳感器位置無(wú)特殊要求，對(duì)振動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)選取，自動(dòng)優(yōu)化，對(duì)操作者的要求很低，保證不同人使用獲得同樣的效果，從而解決了亞共振模式產(chǎn)品靠人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取振動(dòng)工藝參數(shù)，對(duì)操作者技能要求很高，不同人的使用獲得不同的處理效果，以至很難納入正式工藝的缺陷。
（4）由于采用6000rpm以下的低頻諧波，振動(dòng)處理時(shí)噪音很小，而亞共振模式產(chǎn)品是在工件共振頻率下振動(dòng)，噪音很大，使用者常常很難忍受，也不符合環(huán)保要求。
四、頻譜諧波的原理：
通過(guò)傅立葉分析，不需掃描，在100HZ內(nèi)尋找低次諧波，然后用合適的能量在多個(gè)諧波頻率振動(dòng)，引起高次諧波累積振動(dòng)產(chǎn)生多方向動(dòng)應(yīng)力，與多維分布的殘余應(yīng)力疊加，造成塑性屈服，從而降低峰值殘余應(yīng)力，同時(shí)使殘余應(yīng)力分布均化。
五、間接定性判斷工藝效果的有效標(biāo)準(zhǔn)
顯見(jiàn)，常規(guī)振動(dòng)時(shí)效的主機(jī)、傳感器、測(cè)速裝置能從電機(jī)及工件處檢測(cè)到的信號(hào)只有激振頻率和振動(dòng)加速度，這些信號(hào)或物理量都不能與工件的殘余應(yīng)力建立起解析關(guān)系，所以無(wú)法定量、直接地知道有關(guān)殘余應(yīng)力降低的具體數(shù)值。但由于內(nèi)應(yīng)力與固有頻率及其振幅值有一定的、無(wú)法用公式表達(dá)的趨勢(shì)關(guān)系，故可依據(jù)固頻及其幅值變化，間接、定性地反映工藝效果。
針對(duì)以加速度計(jì)作傳感器的常規(guī)振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)，新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了它的效果快速判定準(zhǔn)則：
“在絕對(duì)相同的振前準(zhǔn)備條件及掃頻速率下，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可判斷在當(dāng)前狀態(tài)下，工件部分區(qū)域已達(dá)到了時(shí)效效果：
a) A～t曲線上升后變平；
b) A～t曲線上升后下降然后變平；
c) A～t曲線的峰值振后的比振前的升高；
d) A～t曲線的峰值點(diǎn)振后的比振前的左移；
e) A～t曲線的帶寬振后的比振前的變窄；
f) A～t曲線共振峰有裂變現(xiàn)象發(fā)生。”
隨著振動(dòng)時(shí)效的推廣，工藝失敗的例子也越來(lái)越多。究其原因，濟(jì)南博納和許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)影響VSR效果的主要因素除時(shí)效時(shí)間、振幅外，更主要的是工件時(shí)效時(shí)的振型（也即與其一一對(duì)應(yīng)的共振頻率）。因?yàn)檎裥蜎Q定了工件時(shí)效時(shí)的動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)，而VSR的機(jī)理之一就是動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加超過(guò)某一極限就會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力降低，所以振型也決定了工件各點(diǎn)的殘余應(yīng)力降低效果。
振型或頻率決定了動(dòng)應(yīng)力分布、決定了時(shí)效效果。要想讓工件有好的去應(yīng)力效果，必須先知道工件的殘余應(yīng)力σr，然后再在該部位疊加上適當(dāng)?shù)膭?dòng)應(yīng)力σd，才能獲得優(yōu)質(zhì)效果。所以在已知?dú)堄鄳?yīng)力分布下，工件的動(dòng)應(yīng)力分布就至關(guān)重要了，而動(dòng)應(yīng)力分布完整取決于振型，也即振型對(duì)應(yīng)的頻率。任意一個(gè)工件都有多個(gè)共振峰值，不同峰值對(duì)應(yīng)不同振型，而不同振型對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)力場(chǎng)，所以只有有效振型或有效峰值才能真正降低均化殘余應(yīng)力場(chǎng)。
所以不是簡(jiǎn)單振動(dòng)起來(lái)就有效果，需輔助振型分析、在線打印等觀察手段來(lái)判定效果；由于殘余應(yīng)力場(chǎng)及動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)都不是均勻分布的，所以應(yīng)力消除效果也不均勻。工件若沒(méi)有彎曲只是整體振起來(lái)就不能產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，就不會(huì)有效果。 所以，不需要操作者干預(yù)的全自動(dòng)設(shè)備對(duì)大多數(shù)工件是無(wú)效的
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