YANGHUIMIN

  机床零部件制造精度和尺寸稳定性直接决定机床的精度和质量。为了确保工件尺寸精度和尺寸稳定性，机床零部件必须采用时效工艺消除工件内部的残余应力，按工艺标准要求还需在粗加工后进行“二次时效”，目前时效工艺以热时效为主，自然时效和亚共振时效为辅。

　　一、机床行业时效存在的问题

　　(1)传统热时效工艺能耗高、成本高、污染环境。且易产生新的热应力，导致时效处理效果不好。同时热时效会产生氧化皮，增加清理工作量。大吨位工件缺少合适的时效炉，无法进行时效，即使找到合适的时效炉，时效成本也非常高。

　　(2)因为热时效高昂的费用，很多企业为了提高效益，在时效这一工艺环节“偷工减料”，没有按照标准的热时效工艺进行。如有的企业为了提高生产效益，缩短热时效工艺时间，有的企业竟然不时效而采用放置15-30天的方式来进行处理。在某知名铸造之乡，这里的铸造企业，对待机床铸件的时效方式，竟然采用了“烧稻草”熏黑工件的方式来进行，这已经演变成纯粹的时效工艺欺骗。这样的工艺如何能保证产品的质量，如何能保证机床的精度要求，如何能保证机床加工出来的零件有较高的精度。但这些做法实实在在的存在着，这一切的起因也是因为高昂的热时效费用，导致一些企业只顾眼前利益，而不管产品的质量，不管企业的长期发展。

　　(3)“二次时效”的缺失：机床工件毛坯在加工后，会导致应力重新分布，并产生新的机加应力，如果不进行应力消除工艺。同样会影响到最后的机床产品的精度与尺寸稳定行。但二次时效会导致产生新的时效费用，会降低企业的生产效率，而且有的工件不能够采用热时效的方式来进行二次时效。所以，很多的机床制造企业在二次时效方面是缺失的，这也是导致我国很多的机床制造企业，尤其是一些中小机床制造企业产品质量不高的原因之一。

　　随着中国制造业的蓬勃发展，传统的热时效工艺，因其高昂的时效费用，严重的环境污染已经成为制约企业再发展的重要原因，而自然时效周期长、资金占用大、生产效率低，无法满足现代化生产的要求。70年代引入中国的振动时效技术，因其高达90%以上的节能效果，零排放、无污染的特征，引起了很多机床制造企业的重视，也曾经在机床行业得到过广泛的试用，但传统的振动时效(亚共振时效)设备因其无法逾越的技术瓶颈最终仍被企业遗弃。

　　二、传统的振动时效(亚共振时效)技术在机床行业的应用

　　(1)振动时效(VSR)七十年代引入中国以后首先被应用在机床铸件的研究上，七四年北京机床研究所正式将VSR工艺列为研究课题，开始进行机床铸铁件应用VSR工艺及设备的研究工作，经过几年的研究，确定了VSR的基本工艺方法，肯定了VSR效果。在“六、五”期间VSR又被列为中国38项重点攻关任务分子项“提高机床铸件质量的研究”内容之中，由北京机床研究所负责进行VSR工艺实用性研究。按期完成研究任务，“六、五”总鉴定，VSR工艺研究已达到了世界先进水平。“七、五”北京机床研究所又承担国家重点课题“消化吸收重大项目一条龙数控机床焊接构件振动时效工艺研究”。“七、五”后我国VSR工艺成熟、完备。VSR设备也达到世界先进水平，基本满足VSR工艺要求，“八、五”VSR被国家科委、机电部、国务院生产办列为108项节能技术之一而被广发的推广。2001年8月中国机械工业联合会发布文件，正式将振动消除应力技术纳入机床制造标准，接又将振动消除应力技术制修订到铸、锻、焊基础件以及各制造业制造标准。随着振动时效技术的研究深入，在上世纪末，很多的机床制造企业将振动时效技术引入到生产中，并尝试应用到正式生产的应力消除工艺中。

　　(2)传统振动时效存在的问题：

　　振动时效技术虽然在高效、节能、环保等方面有着非常明显的优势，但传统的振动时效设备经虽然历了几十年的发展，仍然存在着无法逾越的技术瓶颈，始终无法纳入正式生产工艺，没有得到企业的广泛认可，没有得到大规模的应用。传统的振动时效(亚共振时效)技术存在以下的问题：

　　1)对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求，需要不断的扫频、调整位置，所以设备操作必须是受过专业培训的技术人员操作，一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术；其次工件在单件生产时调整相当繁琐，拾振器、支撑点很难调到最佳状态，一种工件就需要制订一种工艺；这对操作者的经验要求也比较高；

　　2)因为是通过扫频的方式寻找共振峰，而电机的转速是有限的，当工件共振频率超出激振器的频率范围时，通过扫描就无法找到工件共振频率，因而无法对工件进行有效的振动处理。国家数据统计亚共振技术可处理的工件在机械制造业覆盖面仅为23%

　　3)有效振型较少，振动时效的应力消除不稳定，应力的消除不能得到最佳的结果；

　　4)噪声过大也是难以推广的主要原因。

　　三、频谱谐波时效技术在机床行业的应用前景

　　1.什么是频谱谐波技术

　　频谱谐波技术起源于振动时效，是由北京翔博科技有限公司凭借在振动时效领域20多年的研究经验，自主创新的发明，目前处于国际领先地位。但其摒弃了原有振动时效技术攻关方向，独辟蹊径，从另外一个全新的角度，去诠释振动时效的价值。突破了原有的技术瓶颈，迎来了振动时效应用的一个全新时代。

　　因其独有找频方式与处理频率，被称为频谱谐波技术。频谱谐波技术不再沿用原有的扫频方式，而是通过傅立叶方法对工件进行频谱分析找出工件的几十种谐波频率，在这几十种谐波频率中优选出对消除工件残余应力效果最佳的五种不同振型的谐波频率进行时效处理，达到多维消除应力提高尺寸精度稳定性的目的。

　　频谱谐波方式不论工件大小、频率刚性高低、材料特性均能找出五种不同振型的谐波峰。不受激振器的转速范围限制，对激振点和拾振点无特殊要求，能够处理亚共振无法处理的高刚性高固有频率工件，能够满足对尺寸精度要求高的工件，振动噪音低，在机械行业的覆盖面接近100%。处理的转速全部在6000RPM以下，解决了亚共振设备噪音大的问题。

　　2008年10月，以翔博频谱谐波技术为基础，翔博参与制订的新的振动时效标准—中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)正式颁布。2009年北京翔博科技又成功的研制成功世界首台激振力达80KN的激振器，彻底解决了高刚性、高固有频率大吨位机床工件的处理难题。

　　2.频谱谐波技术在机床行业的应用案例

　　(1)齐齐哈尔二机床集团有限公司

　　●处理工件:机床床身,立柱,滑座；

　　●材质:铸铁件

　　●年处理量：7万吨

　　应用现场实例1：

　　使用频谱谐波时效前后对比

　　使用前：最初采用热时效，由于时效窑老化造成炉温不均匀等一些问题，导致工件仍存在因应力消除效果不好所引起的变形质量问题。另一方面，由于热时效时间周期长，无法满足批量生产的需要，对大型铸件无法进行热时效以及高昂的时效费用已成为制约其发展的一大阻碍。

　　使用后：采用翔博科技的领航者频谱谐波时效专家系统进行振动时效处理后，床身精度符合工艺要求。

　　●工艺流程

　　铸造毛坯件—频谱谐波时效—粗加工—频谱谐波时效—精加工

　　●效果评判

　　与热时效件进行对比，达到热时效处理效果，符合工艺要求。

　　●生产验收标准

　　符合国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)。

　　每次处理5个频率，其中至少有2个频率的加速度值在30～70m/s范围内。

　　(2)成都普瑞斯数控机床有限公司

　　●处理工件：机床床身,导轨,平台

　　●材质：铸铁件

　　使用频谱谐波时效前后对比

　　使用前：原来使用亚共振设备来消除机床部件的残余应力，现场处理噪音大，应用范围有限，对大多数工件不能有效处理甚至不能处理。

　　使用后：采用我公司的领航者频谱谐波时效专家系统进行频谱谐波时效，成功处理了高刚性高固有频率工件，解决了亚共振设备无法攻克的难题。

　　●工艺流程

　　铸造毛坯件—频谱谐波时效(消除铸造应力)—粗加工—频谱谐波时效(消除加工应力)—精加工

　　●效果评判标准

　　精加后测其变形量，达到工艺要求。

　　●生产验收标准

　　符合国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)。

　　每次处理5个频率，其中至少有2个频率的加速度值在30～70m/s范围内。

　　(3)天津一机机械有限公司

　　●处理工件：机床床身，立柱，刀库

　　●年产量:大约5000～6000吨，70～80%的产品需要时效

　　●材质：铸铁件

　　●重量：主要是从几百公斤到6吨

　　应用现场实例3：

　　使用频谱谐波时效前后对比

　　使用前：之前主要是采用热时效来消除铸造应力，以煤为燃料。热时效对环境污染严重，生产周期长。

　　使用后：采用我公司领航者频谱谐波时效专家系统，处理时间缩短为40分钟，可直接现场处理，无需来回运输，达到其工艺要求，缓解了热时效成本和环境污染的压力。

　　●工艺流程

　　铸造毛坯件—频谱谐波时效(消除铸造应力)—粗加工—频谱谐波时效(消除加工应力)—精加工

　　●生产验收标准

　　符合国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)。

　　每次处理5个频率，其中至少有2个频率的加速度值在30～70m/s范围内。

　　尺寸精度稳定性测试，主要是观测最终变形量。

　　(4)天津三达铸造有限公司

　　●处理工件：机床床身

　　●材质：铸铁件HT250、HT300

　　●重量：700公斤到4吨

　　●年产量：2万吨

　　应用现场实例4：

　　●采用时效的目的

　　消除铸造应力。

　　使用频谱谐波时效前后对比

　　使用前：之前采用热时效来消除机床部件的铸造应力，采用柴油作为燃料，日均费用6000-7000元，年时效费用高达200多万元。并且由于炉温的不均匀会产生新的热应力，铸件仍然存在应力引起变形的质量问题。

　　使用后：采用翔博科技的领航者频谱谐波时效专家系统，经振动时效处理后的工件尺寸精度稳定性和抗变形能力都保持得非常好。无废气排放，节约年时效费用达200多万元。

　　●工艺流程

　　机床床身毛坯件—频谱谐波时效(消除铸造应力)

　　●效果评判标准

　　符合国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)。

　　每次处理5个频率，其中至少有2个频率的加速度值在30～70m/s范围内。

　　使用频谱谐波时效前后对比

　　使用前：最初采用热时效，由于时效窑老化造成炉温不均匀等一些问题，导致工件仍存在因应力消除效果不好所引起的变形质量问题。另一方面，由于热时效时间周期长，无法满足批量生产的需要，对大型铸件无法进行热时效以及高昂的时效费用已成为制约其发展的一大阻碍。

　　使用后：采用翔博科技的领航者频谱谐波时效专家系统进行振动时效处理后，床身精度符合工艺要求。

　　●工艺流程

　　铸造毛坯件—频谱谐波时效效果评判

　　与热时效件进行对比，达到热时效处理效果，符合工艺要求。

　　●生产验收标准

　　符合国防科学技术工业委员会颁布的中华人民共和国兵器行业标准(WJ2696-2008)。

　　每次处理5个频率，其中至少有2个频率的加速度值在～70m/s范围内。

　　3.频谱谐波技术在机床行业的应用前景

　　随着国家政府、企业对节能减排的重视程度越来越高，传统的热时效技术最终会被淘汰，而中国的机床制造业需要提高产品质量，提高机床精度，必须严格执行时效处理工艺。而频谱谐波时效技术即具备振动时效技术所特有的高效节能特点，又能够达到甚至超过传统热时效的处理效果。最终其会成为机床行业普遍采用的新型节能减排先进技术。