一、概 述
金屬構件在機械加工過程中會產(chǎn)生導致尺寸精度和穩(wěn)定性降低的殘余應力，目前普遍采用熱時效和傳統(tǒng)振動時效（即亞共振時效）消除殘余應力。每噸工件熱時效費用至少500元，消耗180千克標準煤，排放410千克二氧化碳和13千克二氧化硫。這樣一個成本高、能耗大、污染嚴重的傳統(tǒng)工藝竟然沿用至今。而傳統(tǒng)振動時效噪音大、振型單一、效果欠佳、處理范圍受限、操作繁瑣、操作者需有豐富的工藝經(jīng)驗，特別對于高剛性、高固有頻率的工件更是傳統(tǒng)振動時效的禁區(qū)。
頻譜諧波時效技術是通過傅立葉分析方法對金屬工件進行頻譜分析，找出工件的幾十種諧波頻率，從中優(yōu)選出效果最佳的五種不同振型諧波頻率進行處理，達到多維消除殘余應力的目的，提高尺寸精度及穩(wěn)定性，防止其變形、開裂，廣泛應用于機械制造業(yè)金屬工件鑄、鍛、焊以及機加后的殘余應力消除和均化。頻譜諧波時效技術的時效周期短，工件尺寸穩(wěn)定性比傳統(tǒng)技術提高了 30%-50%，抗載荷變形能力提高 30% 以上，并且能夠節(jié)約 95% 以上的能源，這非常符合目前綠色制造的要求。與傳統(tǒng)技術相比，頻譜諧波時效技術節(jié)約了成本與時間，為客戶創(chuàng)造了價值。
VSR-智能頻譜消除應力系列產(chǎn)品徹底根除了傳統(tǒng)振動時效的頑疾，使振動時效能夠更好的替代熱時效，在民用、軍工等諸多企業(yè)應用獲得成功，并攻克各重要領域關鍵結構件變形等一系列工藝難題，實現(xiàn)了工業(yè)綠色制造，為國家節(jié)能減排做出重大貢獻。
該技術是在原有振動時效技術上的提高和突破，通過傅立葉分析和蝶形算法，不需全范圍掃頻,在100 Hz內(nèi)尋找低次諧波,然后用合適的能量在多個諧波頻率振動,引起高次諧波累積振動,產(chǎn)生多方向動應力,與多維分布的殘余應力疊加,造成塑性屈服,從而降低峰值殘余應力,同時使殘余應力分布均化。該技術不論工件的大小、固有頻率及剛度高低、何種材質(zhì),均能找出5種不同振型的諧波峰,不受激振器轉(zhuǎn)速范圍限制,對激振點和拾振點無特殊要求,能夠處理亞共振無法處理的高剛度、高固有頻率的工件,能夠滿足對尺寸精度要求高的工件,振動噪聲低,在機械行業(yè)的覆蓋面達到100%。
二、頻譜諧波振動時效消除應力的機理
對于振動過程的機理,國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量的研究工作,取得以下的共識。振動就是對金屬構件施加周期性的作用力(動應力R動)。在振動過程中,施加到金屬構件各部分的動應力R動與內(nèi)部殘余應力R殘疊加,當疊加幅值大于金屬構件的屈服極限Rs,即R動+R殘Rs時,這些點晶格滑移,產(chǎn)生微小的塑性變形,達到釋放殘余應力的目的。從微觀上看,頻譜諧波振動時效就是給金屬構件提供機械能,使約束金屬原子復位的殘余應力釋放,加快金屬原子回復平衡位置的速度。從金屬物理學上看,頻譜諧波振動時效的過程,實質(zhì)上是金屬材料內(nèi)部晶體位錯運動、增殖、塞積和纏結的過程。由于金屬材料存在位錯,所以在構件內(nèi)部產(chǎn)生的交變動應力與內(nèi)部的殘余應力相互疊加,在應力較高的區(qū)域,就可產(chǎn)生位錯滑移,出現(xiàn)微小塑性變形。位錯滑移是單向進行線性累積的,當微應變累積到一個宏觀量,金屬組織內(nèi)殘余應力較大處的位錯塞積得以交替開通,局部較大殘余應力得以釋放,構件宏觀內(nèi)應力隨之松弛,使殘余應力的峰值下降,改變了構件原有的應力場,最終使構件的殘余應力降低并重新分布,使較低的應力達到平衡。位錯塞積后造成位錯移動受阻,從而強化了基體,提高了構件抗變形能力,使構件的尺寸精度趨于穩(wěn)定。
三、頻譜諧波振動時效功能優(yōu)勢
頻譜諧波振動時效使用傅立葉（DFT）快速算法對工件進行采樣、量化、低通濾波、加窗處理，使用離散傅立葉變換（DFT）對數(shù)據(jù)進行分析，在100HZ內(nèi)尋找各個頻率下的低次諧波 ，利用計算機及其接口電路執(zhí)行軟件程序，進行頻譜分析，求諧波分量并加以排隊，加窗及求取最高密度窗，求取占窗數(shù)，計算出一組最佳頻率組合。然后用合適的能量在每個諧波頻率振動，引起高次諧波累積振動，產(chǎn)生多個方向的動應力，與多維分布的殘余應力相疊加，使工件產(chǎn)生微觀塑性屈服，從而降低和均化工件內(nèi)部殘余應力，達到穩(wěn)定工件尺寸精度的目的。
（一）其獨特優(yōu)勢功能：
1、采用頻譜分析諧波處理技術，解決了傳統(tǒng)振動時效因激振器頻率范圍限制而不能對高剛性高固有頻率工件進行振動時效處理的難題，從而大幅度地提升了振動時效產(chǎn)品在機械制造業(yè)的應用面，使振動時效完全替代熱時效有了可能。
2、對所有工件都可分析出內(nèi)部的諧波頻率，優(yōu)選處理效果最佳的5種振型頻率，2種備選頻率，從而解決了傳統(tǒng)振動時效產(chǎn)品對殘余應力呈多維分布、精度要求高的結構復雜工件無法處理的難題。多方向多振型動應力與工件內(nèi)部多維殘余應力充分疊加，使處理效果遠遠優(yōu)于熱時效和傳統(tǒng)振動時效。
3、設備高度集成智能化，完全能夠自動尋找、優(yōu)化、選定振動時效工藝參數(shù)，對激振點、支撐位置、信號采集位置無特殊要求，對工藝方案完全靠設備自動制定而無需人為參與，從而對操作者要求很低，保證不同操作者使用而獲得相同的工藝效果。
4、由于采用6000rpm以下的低頻諧波，振動噪音很小，大大降低了工作現(xiàn)場的噪音污染，為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的綠色制造又向前邁進了一步。
5、減少了掃頻時間，節(jié)省了能源消耗，減少了振動時效設備本身的損耗。
6、提高了對小型工件判峰的準確性。
（二）該設備具有以下特點：
1、以windows XP為系統(tǒng)平臺，功能強大，擴展無限，圖形界面超人性化設計，時尚簡約。系統(tǒng)集成以下功能模塊：頻譜智能、頻譜設定、亞共振智能、亞共振設定、亞共振手動、振動焊接。
2、對激振器位置、拾振點、支撐點位置無特殊要求。
3、工藝定型功能
系統(tǒng)頻譜分析、數(shù)據(jù)采集、優(yōu)化選擇7個頻率后，可直接停機（不處理任何頻率）或者時效處理完畢后，保存當前的7個振動頻率，在下次處理同一工件或同樣工件的時候，可以直接調(diào)用保存的7個頻率進行時效處理，而不需要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、頻譜分析。
4、振動頻率精調(diào)功能：
時效過程中，可通過按“點升”或“點降”鍵改變當前時效頻率，在上升或下降過程中，通過觀察加速度值的變化，當達到最佳效果時，停止調(diào)整，以當前頻率進行時效處理。此功能還可以當振動強度或工作電流比較大的情況下，降低振動強度或工作電流，以保護系統(tǒng)并提高激振器使用壽命。
5、數(shù)據(jù)動態(tài)保存功能：
在時效處理時，設備因斷電、電流過載等原因中止時，系統(tǒng)可自動把已經(jīng)處理完畢的數(shù)據(jù)保存在1 個臨時文件中。當重新啟動機器后，可找到臨時文件，以新的文件名保存、打印或繼續(xù)進行時效處理。
6、高效、嚴格的數(shù)字信號處理，無需進行全程掃描，即可得到相應的峰值，并可自動確定最佳的振動頻率組。
7、當系統(tǒng)瞬間電流超過電機額定電流，但小于系統(tǒng)最大保護電流時，系統(tǒng)依然能夠正常工作。
8、加裝高精尖設備需要的電源濾波器，防止工作電流受干擾波動時設備造成損傷。
9、電機驅(qū)動電路采用穩(wěn)壓控制電路，電機工作中電流波動小、電機運行平穩(wěn)；消除了電流脈沖產(chǎn)生的尖音，噪音低；電機長時間工作時，溫升小、可靠性高，延長了電機使用壽命。
（三）、質(zhì)量保證：
1、產(chǎn)品制造標準：JB/T5925.2-1998《機械式振動時效裝置技術條件》。
2、產(chǎn)品驗收標準：JB/T10375-2002《焊接構件振動時效工藝參數(shù)選擇及技術》、《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術》及中華人民共和國兵器行業(yè)標準WJ2696-2008《裝甲車輛振動消除應力技術要求》。
3、所有產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量管理體系嚴格按照ISO9001：2008標準執(zhí)行。
4、設備電氣控制和低壓電氣元件均采用知名企業(yè)產(chǎn)品，簽訂長期供貨合同，批量采購，進廠后進行嚴格的老化、檢驗篩選，確保質(zhì)量。
5、每塊電路板經(jīng)過防潮、防塵、防水處理，保證硬件系統(tǒng)可靠性。
6、每臺設備經(jīng)過高低溫、震動、大電流拉載、過載電流沖擊等實驗，保證整體設備在各種環(huán)境下的可靠性、穩(wěn)定性。
7、機箱采用獨特散熱設計，保證設備在大電流工作下穩(wěn)定性。
8、關鍵部件通過特殊方式安裝、固定，避免運輸中由于碰撞造成接觸不良。
四、軟件功能介紹
1.頻譜模式
1.1頻譜諧波模式無需全程掃描，自動淘汰亞共振頻率，振動頻率為6000rpm以下，超低噪音，綠色環(huán)保。
1.2先進的頻譜分析技術，可從數(shù)十種諧波頻率中自動優(yōu)選5個頻率和2個備選頻率進行時效處理。
1.3百種工件，一種工藝，解決了高剛性、高固有頻率等工藝難題。
1.4對工件實現(xiàn)多維多振型處理，處理效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)亞共振時效和熱時效。
1.5 "文件處理系統(tǒng)"可移動到任何一臺PC機上，隨時備份、顯示、打印處理時效數(shù)據(jù)曲線；
1.6可存儲每一種時效過工件的參數(shù)曲線數(shù)據(jù)，再次時效同類工件時可直接調(diào)用進行時效處理。
1.7全程實時監(jiān)控電流、加速度等運行值，如過載自動停機以保護設備。
1.8可手動循環(huán)精調(diào)時效頻率。
2.亞共振模式
2.1中國首臺亞共振設備誕生地，經(jīng)典傳承。
2.2任意設定區(qū)間，掃描后自動分析判峰，制定最佳時效點進行時效處理。
2.3多種亞共振模式，時效工藝科學、人性化。
3.振動焊接模式
邊振邊焊，減少焊接變形，減少焊縫夾渣、氣泡，改善焊液流動性，極大提高焊接質(zhì)量，減少焊接殘余應力，提高構件加工精度和尺寸穩(wěn)定性。
五、硬件配置介紹
控制箱：
1、高檔合金機箱，最新電磁屏蔽技術，防止因干擾造成信號波動、失真；配有獨特雙通道風冷散熱系統(tǒng)，機箱散熱良好；
2、軍工級防水鍵盤，超清晰15寸工業(yè)A級液晶屏，隨機動態(tài)曲線，圖形時效數(shù)據(jù)清晰明了；
3、主機采用進口專業(yè)設計的工業(yè)級便攜式計算機，具有超快數(shù)據(jù)運算、處理能力；
4、進口工業(yè)級計算機主板，支持Intel Pentium D（雙核處理器）、Pentium4、Celeron D等主流處理器；支持IDE或SATA接口的硬盤；
5、Intel公司原裝中央處理器（CPU），主頻：1.66Ghz；
6、主板內(nèi)存2G，最大支持4G；
7、Intel固態(tài)硬盤60G，可大量存儲各種工件的處理資料、曲線、圖表等，以便隨時查閱；
8、人機操作界面：鍵盤和鼠標；
9、4個USB端口，方便用戶通過移動硬盤或U盤備份數(shù)據(jù)；
10、高速多通道A/D數(shù)據(jù)板，保證了數(shù)據(jù)采集高速、準確、有效；
11、下位機采用高性能微處理器，具有頻率精調(diào)功能，穩(wěn)頻精度達±1rpm；
12、先進穩(wěn)波數(shù)字電路設計，電氣特性平穩(wěn)、無電氣噪音；
13、硬件配置可由顧客任意選配，系統(tǒng)功能模塊化設計，系統(tǒng)可以隨時升級；
14、德國西門康IGBT主回路技術，自主設計的吸收電路模塊，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全可靠；
15、可標配任何PC打印機，高清快速打印時效曲線圖表等數(shù)據(jù)；
16、加速度值按國家標準在規(guī)定范圍內(nèi)進行校訂，以保證振動強度。
激振器： VSR100-C型
1、唯獨我公司自行制造的
振動時效專用激振器由上海交通大學大學專家特殊設計，我公司規(guī)模化生產(chǎn)，采用4碳刷設計，原裝進口軸承；
2、電機采用稀土永磁材料，具有高導磁性能、磁損小、永不退磁、體積小、重量輕、扭力大、溫升低、噪音小、壽命長，并設有防塵保護，避免粉塵及雜物吸入造成電機短路，具有良好的穩(wěn)態(tài)工作性能,使用壽命10年以上；
3、電機采用專業(yè)設計的無源永磁脈沖測速系統(tǒng)，反饋信號標準、規(guī)范、穩(wěn)定，測速更精準，避免了光耦式反饋測速系統(tǒng)易損壞的難題；
4、穩(wěn)頻精度：±1rpm
5、額定轉(zhuǎn)速：1000-8000rpm
6、額定功率：1500W
7、最大激振力：0-35KN（可處理重量30噸左右工件）
8、保護電流：15A
9、加速度測量范圍：0～125 m/s
2
六、設備工作環(huán)境
電 源：交流220V±10%、50Hz應可靠接地；
環(huán)境溫度：
控制器：-5℃～50℃
激振器：-15℃～50℃
七、適應材料
可廣泛應用于材質(zhì)為碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鋅及其合金）等鑄件、鍛件和焊接件的時效處理。
附件：1
頻譜諧波振動時效與傳統(tǒng)振動時效對比表
時效方式
項目
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頻譜諧波時效
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傳統(tǒng)振動時效（亞共振）
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時效原理
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使用離散傅立葉變換（DFT）對數(shù)據(jù)分析，在100HZ內(nèi)尋找各個頻率下的低次諧波 ，利用計算機及其接口電路執(zhí)行軟件程序，進行頻譜分析，求諧波分量并加以排隊，加窗及求取最高密度窗，求取占窗數(shù)，計算出一組最佳頻率組合。然后用合適的能量在每個諧波頻率振動，引起高次諧波累積振動，產(chǎn)生多個方向的動應力，與多維分布的殘余應力相疊加，使工件產(chǎn)生微觀塑性屈服，從而降低和均化工件內(nèi)部殘余應力，達到穩(wěn)定工件尺寸精度的目的。
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用激振器對工件施加周期性外力，通常在1000—12000轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對工件進行掃頻，當施加外力的頻率與工件固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，找出能使工件產(chǎn)生共振的固有頻率，然后在共振頻率的亞共振區(qū)對工件施加振動，使產(chǎn)生的動應力與工件內(nèi)部殘余應力相疊加，使工件發(fā)生微觀塑性屈服，從而降低和均化殘余應力。
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應用范圍
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無限制（可處理任何工件）
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有限制（對高剛性、高固有頻率的工件無能為力）
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工作噪音
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在諧振頻率下振動，且在6000rpm以下，噪音很小。
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在共振頻率下振動，大部分能量被用于工件宏觀振動，振動強烈，噪音很大。
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時效工藝
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對拾振點、激振點、支撐點無特殊要求，所有工藝參數(shù)均由設備自行選取，不受人為影響，效果恒定。
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操作者需有豐富的經(jīng)驗，往往需多次調(diào)整拾振點、激振點、支撐點的位置，憑經(jīng)驗選取工藝參數(shù)，處理效果受操作者技能影響。
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時效效果
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5種以上多振型多方向與殘余應力相疊加，效果很好。
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由于振型單一，效果欠佳。
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振 型
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至少5種
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在激振器掃頻范圍內(nèi)很少，超出掃頻范圍沒有。
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標 準
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中華人民共和國兵器行業(yè)標準WJ2696-2008《裝甲車輛振動消除應力技術要求》。
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機械行業(yè)標準JB/T5926-2005《振動時效效果評定方法》。
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