大型数控机床床身在铸造和机械加工等工艺过程中，由于受热或受力不均匀，其内部都会产生不同程度的残余应力。残余应力的存在，极大地影响了机床床身的尺寸稳定性、刚度、强度和机械加工性能等，严重影响着机床的装配和正常使用。那如何消除机床自身的残余应力呢？

工程上采用的材料都不是理想的弹性体，其内部存在着不同类型的微观缺陷，铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨，其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。振动时效消除残余应力的必要条件是动应力(激振力)和残余应力之和大于材料的屈服极限。

该大型数控机床的床身为铸件,材质是HT300，其外形尺寸为8800 X 1300 X 660。由于机床床身在铸造及粗加工后，存在有残余应力，且残余应力不稳定性，造成应力松弛和应力的再分布,使工件产生变形，影响机床精度，因此需要在粗加工后进行振动时效处理消除残余应力。

机床铸件应用振动时效工艺，从近百件的床身中随机抽出两件进行残余应力振前、振后测量计算，结果发现振动时效使纵向平均应力水平降低32%，横向应力降低39%，不低于热时效的效果。其抗变形能力比热时效有所提高，精度变化值与热时效相比均小于0.005mm，符合工艺要求。

二、振动时效技术优势

振动时效工艺其原理是用振动消除残余应力，可达到热时效工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过热时效。振动时效工艺耗能少(是热时效的2%左右)、设备投资少和效率高，其在节能、减少环境污染和提高产品性能方面有卓越的表现，使得这一高新技术在各行各业中有广泛的应用前景。

无论是振动时效还是以去应力为目的的热处理， 其共同点就是使工件的残余应力大于材料的屈服强度，使工件产生塑性变形，从而使残余应力得到释放，然而这两种方法实现消除残余应力的机理却截然相反。振动时效是通过外部施加动应力与残余应力叠加，叠加后的总应力超过材料屈服极限；而去应力退火是通过将金属加热来降低材料屈服极限的方式达到使残余应力大于材料屈服极限的目的。

1、 调整、均化、消除残余应力

　对于那些无需改变组织状态、非加工硬化材料，振动时效完全可以取代热时效。此外，振动时效可处理热时效不能处理的大型工件。一方面，振动时效可以看成是在周期性动应力作用下循环应变的过程。由于金属晶体内存在有大量的位错，在循环应变下，位错克服阻力而运动，产生滑移使晶体发生微观塑性变形，残余应力峰值下降，从而改变了工件原有的内应力场，工件内部应力降低，并重新分布，在较低的应力水平下达到平衡。另一方面，振动时效以机械能的形式施加给工件一定的振动能量，从而提高了构件内部晶体的动能,加快了畸变晶格恢复平衡位置的速度，晶格排列趋于平衡，工件内部阻尼减小，内应力峰值降低，分布均化

2、 提高构件抗变形能力，稳定构件加工尺寸
振动时效使构件基体内晶体结构强化，从而提高了构件抗变形能力和尺寸稳定性。

3、 提高焊件疲劳寿命
振动时效通过降低焊接残余应力，有效地延缓裂纹萌生，降低其扩展速度，从而提高焊件的疲劳寿命。疲劳裂纹的萌生总是先在应力最高，强度最弱的基体上形成。试件经振动时效处理后,由于高残应力的降低，应力分布的均化，减少了应力集中的影响;另外，由于位错积塞、缠结和网状化程度的增大及位错密度的增加，使滑移带滑移更加困难，从而延缓了疲劳裂纹的成核时间，使裂纹萌生寿命增大。

4、 提高焊件抗应力腐蚀性能
残余拉应力是产生应力腐蚀的重要原因。振动时效减少了构件的应力集中效应,有效地消除和均化了残余应力，从而提高了焊件抗应力腐蚀性能

5、 　提高金属材料冲击功Ak值振动时效使金属试件由振前处于较高能量级的平衡转变成振后处于较低能量级的平衡,即处于更稳定的状态，从而提高了其冲击功Ak值。
振动时效使冲击试验的两组试样在冲击前处在不同能量级状态下，处在较低能量级试件(振后试件)其抵抗断裂的能力将比处在较高能量级试件(振前试件)强，即振动时效后试件在冲击过程中所耗冲击吸收功Ak将比振动时效前试件要大。振动时效使裂纹扩展阻力增大，裂纹扩展过程中绕曲的次数增多，材料的冲击韧性提高，冲击功Ak 值增大。

三、振动时效技术与热时效、自然时效的对比

传统的消除残余应力的时效方法有热时效和自然时效。热时效是将金属放置在加热炉中，经过升温、保温和降温三个过程的温度变化，使金属迅速膨胀和收缩，降低材料的屈服极限，因而残余应力高的地方，就会超出屈服极限，使晶格滑移，产生微小的塑性变形，从而将残余应力释放、降低和均化。
热时效需要专用的加热炉，投资大、能耗大、效率低、污染环境、容易产生新的变形和二次应力。自然时效是将金属长期放置露天，利用昼夜的温差和复杂多样的“环境震荡”，使金属发生缓慢、细微的收缩和膨胀，经长期积累得到释放残余应力的目的。自然时效周期长，效率低，导致成本增加。

振动时效处理的弹性体其残余应力可以被消除20%～80%左右，高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。可以防止和减少由于热处理、机加工等工艺过程造成的微观裂纹的发生。可以提高弹性体抗变形的能力，稳定弹性体的精度，提高机械质量。同时，由于设备简单易于搬动，可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制，从几十公斤到几十吨上百吨的构件都可以使用振动时效技术。在处理过程中，振动时效只需30 min即可进行下道工序。而热时效至少需要一至两天以上的时间，且需要大量的煤油、电、水等能源。因此，相对与热时效来说，振动时效可节省能源90%以上，可节省费用95%以上，特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。

四、振动时效技术发展前景
振动时效技术发展至今，有着丰富的理论及实践基础。它可以广泛应用于航空、化工机械和动力机械，等诸多制造行业。目前我国正走在人与自然和谐可持续发展的道路上， 因此，深入研究这项效果好、效率高、节能和环保的时效技术必将产生巨大的社会和经济效益。