某新建鐵路客運專線基礎(chǔ)工程采用新式CRTSI型板式無砟軌道系統(tǒng)。在模具工裝焊接制作過程中，產(chǎn)生了大量的殘余應(yīng)力，容易使模具產(chǎn)生變形及開裂。因此焊接之后，機(jī)械加工之前，應(yīng)及時對工作平臺進(jìn)行時效處理，消除和均化其內(nèi)部焊接殘余應(yīng)力，防止平臺在后期機(jī)械加工乃至使用過程中產(chǎn)生變形和開裂，確保工裝尺寸精度。此次采用振動時效工藝消除模具工裝殘余應(yīng)力，根據(jù)振動參數(shù)曲線法判斷振動時效效果。

振動時效工作原理

振動時效的實質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動應(yīng)力，當(dāng)附加動應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過材料的屈服極*時，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。

振動時效設(shè)備選型

針對模具工裝結(jié)構(gòu)特點、規(guī)格尺寸、重量、形狀等參數(shù)，決定購買聚航科技的JH-700A2振動時效設(shè)備，*大激振力為35KN；調(diào)速范圍1000-12000r/min；可處理工件重量*大30t；加速度測量范圍：0-199.9m/s²。主機(jī)彩色液晶屏顯示a-n、a-t曲線及參數(shù)變化，設(shè)備具有動態(tài)跟蹤功能，振動時效處理完畢后，打印在線數(shù)據(jù)及曲線，自動判別出具評定報告。

振動時效處理工藝

處理工件結(jié)構(gòu)

無砟軌道模具工裝主要由1件工作平臺和9件橫梁架通過螺栓連接組成，重量約計8435kg，其中工作平臺重量為4558kg。工作平臺三維實際尺寸為5017mm*2389mm*530mm，材質(zhì)為Q235，整體呈矩形框架方塊焊接結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)部橫、縱、對角斜撐筋板之間具有表面拉伸殘余應(yīng)力。

振型、支撐、裝夾位置確定

首先，分析預(yù)測工作平臺可能出現(xiàn)的振型。工作平臺在振動時效時是一個振動體，它與其支撐用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個振動系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行自由振動時，根據(jù)振動學(xué)原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度和阻尼有關(guān)。

工作平臺的固有頻率可通過振動時效設(shè)備來測定。彈性橡膠墊支撐位置和激振器裝夾位置總的原則是：支撐墊應(yīng)放在工作平臺可能出現(xiàn)振型的波節(jié)處，激振器應(yīng)放在工作平臺振型的波峰處，用夾具與工作平臺剛性的卡在一起；加速度計應(yīng)放在遠(yuǎn)離激振器的另一個波峰處。該工作平臺下地面四角為振型波峰位置，而下底面四邊中點位置就是振型波節(jié)點。所以在工作平臺下底面四外邊中點處放置橡膠墊，確保工作平臺的支撐平穩(wěn)、安全，另將激振器與傳感器分別放置于上平面相鄰較遠(yuǎn)的對角處。

激振器偏心距確定

激振器偏心距的選擇，應(yīng)由小到大調(diào)整激振器頭部偏心輪角度，使工作平臺在*大工作轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生共振。經(jīng)不斷調(diào)整，最后將偏心輪角度設(shè)定在13°，振前掃描加速度值達(dá)到94.0m/s²，此時振動時效設(shè)備測定工作平臺固有共振頻率為3885r/min，即64.8HZ。

振動時效時間確定

數(shù)據(jù)表明，振動消除殘余應(yīng)力大部分是在前5min內(nèi)完成的，5min之后的處理效果就不明顯。為此，一般按表1選擇振動處理時間。

考慮本工裝平臺剛度較大，振動不是很激烈，在主振操作時，延長5min的振動時間，即設(shè)定主振時間20min。

參數(shù)曲線觀測法

振后掃描并打印數(shù)據(jù)；加速度峰值達(dá)到130.240m/s²，共振頻率降至3855r/min，即64.2HZ，加速度峰值升高130.24-94.0=+36.24m/s²。在振前、振后掃描（a-n）曲線對比圖中，得知加速度峰值左移3855-3885=-30r/min。在時效過程（a-t）曲線圖中，得知加速度值隨時間前8min緩慢從52m/s²上升至94m/s²，后猛跌至40m/s²，而后曲線平緩，數(shù)值不再變化。根據(jù)GB/T25713-2010標(biāo)準(zhǔn)得出振動時效效果良好。

振動時效不僅消除殘余應(yīng)力的效果好于熱時效，而且操作方便、工藝簡單、節(jié)能環(huán)保。并且在提高金屬結(jié)構(gòu)尺寸精度穩(wěn)定性方面具有明顯的效果。