一、概 述
金屬構(gòu)件在機(jī)械加工過程中會產(chǎn)生導(dǎo)致尺寸精度和穩(wěn)定性降低的殘余應(yīng)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(yīng)力。每噸工件熱時效費用至少500元，消耗180千克標(biāo)準(zhǔn)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(yán)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(shù)是通過傅立葉分析方法對金屬工件進(jìn)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(jìn)行處理，達(dá)到多維消除殘余應(yīng)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(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)金屬工件鑄、鍛、焊以及機(jī)加后的殘余應(yīng)力消除和均化。頻譜諧波時效技術(shù)的時效周期短，工件尺寸穩(wěn)定性比傳統(tǒng)技術(shù)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(shù)相比，頻譜諧波時效技術(shù)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(yīng)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(yīng)用獲得成功，并攻克各重要領(lǐng)域關(guān)鍵結(jié)構(gòu)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(xiàn)。
該技術(shù)是在原有振動時效技術(shù)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(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,同時使殘余應(yīng)力分布均化。該技術(shù)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(jī)械行業(yè)的覆蓋面達(dá)到100%。
二、頻譜諧波振動時效消除應(yīng)力的機(jī)理
對于振動過程的機(jī)理,國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作,取得以下的共識。振動就是對金屬構(gòu)件施加周期性的作用力(動應(yīng)力R動)。在振動過程中,施加到金屬構(gòu)件各部分的動應(yīng)力R動與內(nèi)部殘余應(yīng)力R殘疊加,當(dāng)疊加幅值大于金屬構(gòu)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(dá)到釋放殘余應(yīng)力的目的。從微觀上看,頻譜諧波振動時效就是給金屬構(gòu)件提供機(jī)械能,使約束金屬原子復(fù)位的殘余應(yīng)力釋放,加快金屬原子回復(fù)平衡位置的速度。從金屬物理學(xué)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(jié)的過程。由于金屬材料存在位錯,所以在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的交變動應(yīng)力與內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互疊加,在應(yīng)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(jìn)行線性累積的,當(dāng)微應(yīng)變累積到一個宏觀量,金屬組織內(nèi)殘余應(yīng)力較大處的位錯塞積得以交替開通,局部較大殘余應(yīng)力得以釋放,構(gòu)件宏觀內(nèi)應(yīng)力隨之松弛,使殘余應(yīng)力的峰值下降,改變了構(gòu)件原有的應(yīng)力場,最終使構(gòu)件的殘余應(yīng)力降低并重新分布,使較低的應(yīng)力達(dá)到平衡。位錯塞積后造成位錯移動受阻,從而強(qiáng)化了基體,提高了構(gòu)件抗變形能力,使構(gòu)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(jìn)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(jìn)行分析，在100HZ內(nèi)尋找各個頻率下的低次諧波 ，利用計算機(jī)及其接口電路執(zhí)行軟件程序，進(jìn)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(yīng)力，與多維分布的殘余應(yīng)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(yīng)力，達(dá)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(shù)，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(jìn)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(jī)械制造業(yè)的應(yīng)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(yīng)力呈多維分布、精度要求高的結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件無法處理的難題。多方向多振型動應(yīng)力與工件內(nèi)部多維殘余應(yīng)力充分疊加，使處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于熱時效和傳統(tǒng)振動時效。
3、設(shè)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(shè)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(jìn)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(shè)備本身的損耗。
6、提高了對小型工件判峰的準(zhǔn)確性。
（二）該設(shè)備具有以下特點：
1、以windows XP為系統(tǒng)平臺，功能強(qiáng)大，擴(kuò)展無限，圖形界面超人性化設(shè)計，時尚簡約。系統(tǒng)集成以下功能模塊：頻譜智能、頻譜設(shè)定、亞共振智能、亞共振設(shè)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(jī)（不處理任何頻率）或者時效處理完畢后，保存當(dāng)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(jìn)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(dāng)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(dāng)達(dá)到最佳效果時，停止調(diào)整，以當(dāng)前頻率進(jìn)行時效處理。此功能還可以當(dāng)振動強(qiáng)度或工作電流比較大的情況下，降低振動強(qiáng)度或工作電流，以保護(hù)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(shè)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(dāng)重新啟動機(jī)器后，可找到臨時文件，以新的文件名保存、打印或繼續(xù)進(jìn)行時效處理。
6、高效、嚴(yán)格的數(shù)字信號處理，無需進(jìn)行全程掃描，即可得到相應(yīng)的峰值，并可自動確定最佳的振動頻率組。
7、當(dāng)系統(tǒng)瞬間電流超過電機(jī)額定電流，但小于系統(tǒng)最大保護(hù)電流時，系統(tǒng)依然能夠正常工作。
8、加裝高精尖設(shè)備需要的電源濾波器，防止工作電流受干擾波動時設(shè)備造成損傷。
9、電機(jī)驅(qū)動電路采用穩(wěn)壓控制電路，電機(jī)工作中電流波動小、電機(jī)運行平穩(wěn)；消除了電流脈沖產(chǎn)生的尖音，噪音低；電機(jī)長時間工作時，溫升小、可靠性高，延長了電機(jī)使用壽命。
（三）、質(zhì)量保證：
1、產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)：JB/T5925.2-1998《機(jī)械式振動時效裝置技術(shù)條件》。
2、產(chǎn)品驗收標(biāo)準(zhǔn)：JB/T10375-2002《焊接構(gòu)件振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)》、《振動時效工藝參數(shù)選擇及技術(shù)》及中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WJ2696-2008《裝甲車輛振動消除應(yīng)力技術(shù)要求》。
3、所有產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量管理體系嚴(yán)格按照ISO9001：2008標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
4、設(shè)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(jìn)廠后進(jìn)行嚴(yán)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(shè)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(shè)備在各種環(huán)境下的可靠性、穩(wěn)定性。
7、機(jī)箱采用獨特散熱設(shè)計，保證設(shè)備在大電流工作下穩(wěn)定性。
8、關(guān)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(jìn)的頻譜分析技術(shù)，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(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)以保護(hù)設(shè)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(shè)備誕生地，經(jīng)典傳承。
2.2任意設(shè)定區(qū)間，掃描后自動分析判峰，制定最佳時效點進(jìn)行時效處理。
2.3多種亞共振模式，時效工藝科學(xué)、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(yīng)力，提高構(gòu)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(jī)箱，最新電磁屏蔽技術(shù)，防止因干擾造成信號波動、失真；配有獨特雙通道風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，機(jī)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(jī)動態(tài)曲線，圖形時效數(shù)據(jù)清晰明了；
3、主機(jī)采用進(jìn)口專業(yè)設(shè)計的工業(yè)級便攜式計算機(jī)，具有超快數(shù)據(jù)運算、處理能力；
4、進(jìn)口工業(yè)級計算機(jī)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(jī)操作界面：鍵盤和鼠標(biāo)；
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(zhǔn)確、有效；
11、下位機(jī)采用高性能微處理器，具有頻率精調(diào)功能，穩(wěn)頻精度達(dá)±1rpm；
12、先進(jìn)穩(wěn)波數(shù)字電路設(shè)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(shè)計，系統(tǒng)可以隨時升級；
14、德國西門康IGBT主回路技術(shù)，自主設(shè)計的吸收電路模塊，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全可靠；
15、可標(biāo)配任何PC打印機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行校訂，以保證振動強(qiáng)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(xué)大學(xué)專家特殊設(shè)計，我公司規(guī)?；a(chǎn)，采用4碳刷設(shè)計，原裝進(jìn)口軸承；
2、電機(jī)采用稀土永磁材料，具有高導(dǎo)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(shè)有防塵保護(hù)，避免粉塵及雜物吸入造成電機(jī)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(jī)采用專業(yè)設(shè)計的無源永磁脈沖測速系統(tǒng)，反饋信號標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、穩(wěn)定，測速更精準(zhǔn)，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(hù)電流：15A
9、加速度測量范圍：0～125 m/s
2
六、設(shè)備工作環(huán)境
電 源：交流220V±10%、50Hz應(yīng)可靠接地；
環(huán)境溫度：
控制器：-5℃～50℃
激振器：-15℃～50℃
七、適應(yīng)材料
可廣泛應(yīng)用于材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)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(jī)及其接口電路執(zhí)行軟件程序，進(jìn)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(yīng)力，與多維分布的殘余應(yīng)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(yīng)力，達(dá)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(jìn)行掃頻，當(dāng)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(yīng)力與工件內(nèi)部殘余應(yīng)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(yīng)力。
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應(yīng)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(qiáng)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(shè)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(yīng)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(biāo) 準(zhǔn)
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中華人民共和國兵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WJ2696-2008《裝甲車輛振動消除應(yīng)力技術(shù)要求》。
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機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5926-2005《振動時效效果評定方法》。
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