振动时效工艺在铁路客运工程中的应用

某新建铁路客运专线基础工程采用新式CRTSI型板式无砟轨道系统。在模具工装焊接制作过程中，产生了大量的残余应力，容易使模具产生变形及开裂。因此焊接之后，机械加工之前，应及时对工作平台进行时效处理，消除和均化其内部焊接残余应力，防止平台在后期机械加工乃至使用过程中产生变形和开裂，确保工装尺寸精度。此次采用振动时效工艺消除模具工装残余应力，根据振动参数曲线法判断振动时效效果。

振动时效工作原理

振动时效的实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。

振动时效设备选型

针对模具工装结构特点、规格尺寸、重量、形状等参数，决定购买聚航科技的JH-700A2振动时效设备，最大激振力为35KN；调速范围1000-12000r/min；可处理工件重量最大30t；加速度测量范围：0-199.9m/s²。主机彩色液晶屏显示a-n、a-t曲线及参数变化，设备具有动态跟踪功能，振动时效处理完毕后，打印在线数据及曲线，自动判别出具评定报告。

振动时效处理工艺

处理工件结构

无砟轨道模具工装主要由1件工作平台和9件横梁架通过螺栓连接组成，重量约计8435kg，其中工作平台重量为4558kg。工作平台三维实际尺寸为5017mm*2389mm*530mm，材质为Q235，整体呈矩形框架方块焊接结构，框架内部横、纵、对角斜撑筋板之间具有表面拉伸残余应力。

振型、支撑、装夹位置确定

首先，分析预测工作平台可能出现的振型。工作平台在振动时效时是一个振动体，它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统。当系统进行自由振动时，根据振动学原理，它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。

工作平台的固有频率可通过振动时效设备来测定。弹性橡胶垫支撑位置和激振器装夹位置总的原则是：支撑垫应放在工作平台可能出现振型的波节处，激振器应放在工作平台振型的波峰处，用夹具与工作平台刚性的卡在一起；加速度计应放在远离激振器的另一个波峰处。该工作平台下地面四角为振型波峰位置，而下底面四边中点位置就是振型波节点。所以在工作平台下底面四外边中点处放置橡胶垫，确保工作平台的支撑平稳、安全，另将激振器与传感器分别放置于上平面相邻较远的对角处。

激振器偏心距确定

激振器偏心距的选择，应由小到大调整激振器头部偏心轮角度，使工作平台在最大工作转速区间内产生共振。经不断调整，最后将偏心轮角度设定在13°，振前扫描加速度值达到94.0m/s²，此时振动时效设备测定工作平台固有共振频率为3885r/min，即64.8HZ。

振动时效时间确定

数据表明，振动消除残余应力大部分是在前5min内完成的，5min之后的处理效果就不明显。为此，一般按表1选择振动处理时间。

考虑本工装平台刚度较大，振动不是很激烈，在主振操作时，延长5min的振动时间，即设定主振时间20min。

参数曲线观测法

振后扫描并打印数据；加速度峰值达到130.240m/s²，共振频率降至3855r/min，即64.2HZ，加速度峰值升高130.24-94.0=+36.24m/s²。在振前、振后扫描（a-n）曲线对比图中，得知加速度峰值左移3855-3885=-30r/min。在时效过程（a-t）曲线图中，得知加速度值随时间前8min缓慢从52m/s²上升至94m/s²，后猛跌至40m/s²，而后曲线平缓，数值不再变化。根据GB/T25713-2010标准得出振动时效效果良好。

振动时效不仅消除残余应力的效果好于热时效，而且操作方便、工艺简单、节能环保，并且在提高金属结构尺寸精度稳定性方面具有明显的效果。