CN109821722A - 一种超磁致伸缩振动装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超磁致伸缩振动装置和方法，包括工件，还包括分布安装在工件上的两个或两个以上的超磁致伸缩激振器，各个超磁致伸缩激振器设置在令所有超磁致伸缩激振器振动时振幅相加的位置，还包括与超磁致伸缩激振器连接的电源控制器，电源控制器产生频率信号驱动各个超磁致伸缩激振器以一个频率信号同步振动或多个频率信号依次同步振动。本发明采用超磁致伸缩激振器实现控制各振子振动信号的目的，同步控制各个超磁致伸缩激振器同步振动，使各个振子组成一个振动系统对工件共同均匀施振，复杂工件振动波也能够有效传递，达到很好的对工件均匀的振动时效消除残余应力效果、或均匀的振动焊接效果或均匀的振动铸造效果。

Description

一种超磁致伸缩振动装置和方法

技术领域

本发明属于振动时效、振动焊接或振动铸造等的振动装置及方法技术领域，具体涉及一种超磁致伸缩振动装置和方法。

背景技术

金属工件在完成了焊接等工艺制造后，内部会有残余应力。这种应力，会影响在工件后期服役时的性能。通常，消除残余应力的方法主要包括：自然时效、热时效和振动时效三种。自然时效是将焊接后的工件放置一定时间(半年以上)，应力随冷热交替变化自然得到消除。这种方法的特点是简单，但是工期比较长。热时效是将焊接件放到加热炉中，加热到高于室温一定温度保持一段时间(一般1天以上)，使工件应力相对快速消除。这种方法也是目前采用的比较多的金属工件消除残余应力的方法，因为该方法可以均匀地消除整体工件的残余应力。但这种方法，需要相应的设备并消耗较高热能，过程对工件表面产生氧化皮，而且加热时效很多使用的加热方式如燃油、燃煤等对环境也造成不良影响。另外，一些大型工件也不方便放入加热炉中进行热处理。

振动时效是对金属焊接件或铸件施加一个振动，通过一段时间(一般30～60分钟)和一定强度的振动将会产生和热时效类似的时效效果，通过振动时效处理后工件残余应力下降和匀化。与热时效相比振动时效耗时短、耗能低、不产生污染、不存在氧化皮、可以在现场对大工件进行处理，优势明显。

目前采用的振动时效装置和方法如图1所示。图中偏心电机激振器2通过卡具固定在简支梁金属工件1上，加速度传感器3通过磁体吸附在简支梁金属工件1上，第一支撑垫4和第二支撑垫5从简支梁金属工件底部支撑工件，偏心电机激振器和加速度传感器与电源控制器连接。从图1下图的工件振动波形图中可以看出：振动最强的位置在工件的两端A和E以及中间部位C，支撑位置B和D为波的节点位置，振动最小。

由于只用一个激振器进行振动时效(振动焊接及振动铸造也相同)时，由于存在振动波随距离的衰减，另外复杂工件振动波无法从一部分有效传递到另外的部分，因而工件各个部分获得的激振力不均匀，造成振动时效不同部位时效效果的不均匀，给振动时效工艺带来了不确定性的，影响该技术的推广应用。另外，如果长期高速偏心旋转，偏心电机零件容易损坏，并存在飞车的危险。

发明内容

本发明的目的在于：解决目前用于振动时效、振动焊接及振动铸造的振动装置为采用单个偏心电机激振器的方式，其振动工作频率小，工作频率范围窄，无法有效地提高振动效果，且存在复杂工件或大型工件振动波无法有效传递，工件各部分的激振力不均匀，振动效果不均匀给振动工艺带来不确定性的问题，提出了一种超磁致伸缩振动装置和方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种超磁致伸缩振动装置，包括工件，还包括分布安装在工件上的两个或两个以上的超磁致伸缩激振器、超磁致伸缩激振器连接的电源控制器；各个超磁致伸缩激振器设置在令所有超磁致伸缩激振器振动时振幅相加的位置，电源控制器产生频率信号驱动各个超磁致伸缩激振器同步振动。

进一步，所述超磁致伸缩激振器的安装位置为以下两种情况中的一种：(1)、所有超磁致伸缩激振器都位于工件的上部或者下部，且振幅方向相同；(2)、超磁致伸缩激振器分别位于工件的上部和下部，位于工件上部的超磁致伸缩激振器与位于工件下部的超磁致伸缩激振器的振幅方向相反。

进一步，所述超磁致伸缩激振器的安装位置为以下情况中的一种：

所述超磁致伸缩激振器都位于工件的上部或者下部，且振幅方向相同，此时确定第一只超磁致伸缩激振器位置后，将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一只超磁致伸缩激振器的距离为x_n＝nλ的位置，其中n为正整数，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长；

所述超磁致伸缩激振器分别位于工件的上部和下部，位于工件上部的超磁致伸缩激振器与位于工件下部的超磁致伸缩激振器的振幅方向相反，此时确定第一只超磁致伸缩激振器位置后，将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一个超磁致伸缩激振器相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝(n-1/2)λ，n为正整数。

进一步，所述装置还包括测量工件振动特性的传感器。

进一步，所述装置还包括设置在工件底部上用于支撑的支撑件，所述支撑件设置在工件底部上距离第一只超磁致伸缩激振器位置坐标为x＝(2n-1)λ/4处，n为正整数，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长。

一种超磁致伸缩振动方法，方法包括：

在工件上分布安装两个或两个以上超磁致伸缩激振器，其设置位置满足让所有超磁致伸缩激振器振动时的振幅相加；

电源控制器产生频率信号，频率信号放大后驱动控制各个超磁致伸缩激振器以同一振动频率同步振动或以在给定振动频率段中选取的若干振动频率依次同步振动，令工件获得均匀振动。

进一步，所述超磁致伸缩激振器振动频率范围为1Hz-100kHz，所述给定振动频率段为1Hz-100kHz或其中的一段频率，进一步采用扫频的方法确定工件共振和谐振频率，将振动频率设置为工件的共振频率/谐振频率，或者振动频率设置为在工件共振频率/谐振频率峰宽范围上的一个值或一段频率。

进一步，所述方法还包括测量工件各部位振动特性并用于精确确定包括工件振幅最大位置、振幅最小位置、各部位加速度值及工件共振或谐振频率的数据，以精确确定多个超磁致伸缩激振器安装位置和超磁致伸缩振动方法的振动参数设置。

进一步，所述两个及两个以上的超磁致伸缩激振器在工件上的安装位置采用以下两种情况中的一种：

1、所有超磁致伸缩激振器都位于工件的上部或者下部，且振幅方向相同，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝nλ，n为正整数的位置，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长；

2、超磁致伸缩激振器分别位于工件的上部和下部，位于工件上部的超磁致伸缩激振器与位于工件下部的超磁致伸缩激振器的振幅方向相反，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一个超磁致伸缩激振器相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝(n-1/2)λ，n为正整数。

进一步，所述方法还包括设置支撑件来支撑工件，支撑件设置在工件底部上位置坐标为x＝(2n-1)λ/4处，n为正整数，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，选用的激振器为超磁致伸缩激振器，这种激振器比其它种类的激振器具有宽的工作频带，无论在低频、中频或超声均可以工作，可振动处理的工件更多。另外这种激振器根据控制电源的电信号可以控制各个振子的励磁线圈电流频率和电流大小等参数很容易实现协调控制多台超磁致伸缩激振器快速精确的在特定频率(例如340.2HZ)同步工作(同频率、同相位)。超磁致伸缩单只激振器的功率可做到从毫瓦及到几十千瓦，完全满足各种振动处理的需要。另外这种超磁致伸缩激振器采用低电压工作，不存在高速旋转机械，安全性和可靠性大大提高。

2、本发明中，采用超磁致伸缩激振器，达到易于实现控制各振子振动信号的目的，同时在工件上不同位置分布设置两个及两个以上的超磁致伸缩激振器，同步控制各个超磁致伸缩激振器同步振动，使各个振子组成一个振动系统对工件共同均匀施振，来解决有些部分处理效果好有些部分效果差的问题，复杂工件振动波也能够有效传递，达到很好的对工件均匀的振动时效消除残余应力效果、或均匀的振动焊接效果或均匀的振动铸造效果。各个超磁致伸缩激振器设置在令所有超磁致伸缩激振器振动时振幅相加的位置，避免多个振动波振幅相减，叠加后振动减小的情况，保证了振幅相加的振动效果。

3、本发明中，所述支撑件设置在工件6底部上距离第一只超磁致伸缩激振器(7)位置坐标为x＝(2n-1)λ/4(n＝1，2，3…)处，这样对工件振动的抑制作用最小。

4、本发明中，在距离第一只激振器为波长的整数倍位置x_n＝nλ，(n＝1，2，3…)放置其它的激振器都会使叠加后的振动增强效果最佳；另外如果第一只激振器放置在工件的上部，而且位置确定后，在距离第一只激振器为x_n＝(n-1/2)λ，(n＝1，2，3…)位置在工件的下部固定放置其它的激振器，也可以获得最佳的振动叠加增强效果。

5、本发明中，可以通过传感器来测量工件振动特性，有助于具体分析工件各部位的材质和应力状态，按照工件的部位材质等情况，在工件的不同点放置振子并给各个振子分别供给振动信号，能够达到最好的均匀振动效果。

6、本发明中，方法提出了通过扫频确定工件共振和谐振频率，并选定一个或多个亚共振频率(波峰范围内略小于共振频率)进行多振子同步振动的新工艺，以提高振动效果和降低能量消耗，同时达到更均匀的振动处理效果。在振动时效、振动焊接、振动铸造中，为了降低能耗提高振动效果，将振动工作频率设置在工件的共振频率或谐振频率上或附近效果较好。由于现用的偏心电机的工作频率小(即使是高速电机，其频率也只有10000转/分钟)，即小于167Hz，难以实现上述效果，而超磁致伸缩激振器频率最高可以达到100kHz，完全可以对无论是大工件还是小工件实现共振或谐振施振处理工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中现有普通振动时效装置示意图；

图2为本发明中现有普通振动时效装置的工件振动波形图；

图3.1为本发明中不合理超磁致伸缩激振器位置设置的装置示意图；

图3.2为本发明中图3.1不合理超磁致伸缩激振器位置设置装置的工件振动波形图；

图4为本发明中实施例一的超磁致伸缩振动装置示意图；

图5.1为本发明中实施例二的超磁致伸缩振动装置示意图；

图5.2为本发明中实施例二装置的工件振动波形图；

图中标记：1-为简支梁金属工件，2-偏心电机激振器，3-加速度传感器，4-第一支撑垫，5-第二支撑垫，6-工件，7-超磁致伸缩激振器，8-电源控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的目的是要在振动时效、振动焊接或振动铸造中采用多台超磁致伸缩(核心材料是铽镝铁或镓铁定向结晶材料)激振器组成多激振器振动系统，以实现对金属工件或金属熔体的均匀振动，目的是获得对工件均匀的振动时效消除残余应力效果、或均匀的振动焊接效果或均匀的振动铸造效果。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

一种超磁致伸缩振动装置，包括工件6，还包括分布安装在工件6上的两个及两个以上的超磁致伸缩激振器7，各个超磁致伸缩激振器7设置在令所有超磁致伸缩激振器7振幅相加的位置，还包括与超磁致伸缩激振器6连接的电源控制器8，电源控制器8产生频率信号驱动

各个超磁致伸缩激振器7同步振动。

进一步，所述装置还包括测量工件振动特性的传感器，传感器可以包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器等可以测量各部位振动特性的传感器，可以设置一只或多只。

多激振器同步振动时，每个激振器的在工件上的分布必须合理。合理的分布使振动叠加使增强，否则可能不同激振器振动波反向叠加，反而使振动减弱。

进一步，所述两个及两个以上的超磁致伸缩激振器7在工件6上的安装位置为以下两种情况中的一种：1、所有超磁致伸缩激振器7都位于工件6的上部或者下部，且振幅方向相同；2、超磁致伸缩激振器7分别位于工件6的上部和下部，位于工件6上部的超磁致伸缩激振器7与位于工件6下部的超磁致伸缩激振器7的振幅方向相反。

进一步，所述所有超磁致伸缩激振器7都位于工件6的上部或者下部，且振幅方向相同的情况下，将其它超磁致伸缩激振器7放置在与第一只超磁致伸缩激振器7为x_n＝nλ，(n＝1，2，3…)的位置；所述超磁致伸缩激振器7分别位于工件6的上部和下部，位于工件6上部的超磁致伸缩激振器7与位于工件6下部的超磁致伸缩激振器7的振幅方向相反的情况下，将其它超磁致伸缩激振器7放置在与第一个超磁致伸缩激振器7相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器7距离为x_n＝(n-1/2)λ，(n＝1，2，3…)。

对于一定频率的振动波来说，其在一定的工件材质中的波长是一定的，可以通过下式计算：λ＝v/f，其中λ为波长，v为声波在介质中传播的声速，f为频率。

图3.1本发明中不合理超磁致伸缩激振器位置设置的装置示意图中，杆件工件6上部的0位置和波长的二分之一位置即λ/2位置各放置了一只激振器7，从图3.2的不合理超磁致伸缩激振器位置设置装置的工件振动波形图可知，在工件上分别产生了A和B两列振动波，如果两列波的振幅相同，则叠加后振幅为0，即振动完全被消除；如果两列波振幅大小不相同，那么叠加后波的振幅等于两列波的振幅相减，叠加后振动减小，这是我们需要避免出现的情况。

进一步，所述装置还包括设置在工件上用于支撑本装置的支撑件，工件的支撑位置应该设置在振幅为0的位置即节点位置或附近，这样对工件振动的抑制作用最小。所述支撑件设置在工件6底部上距离第一只超磁致伸缩激振器(7)位置坐标为x＝(2n-1)λ/4，(n＝1，2，3…)处。支撑的位置的选择也很重要，如果支撑位置选择不合理，振动就会被抑制。支撑件的位置点计算公式是满足所有激振器设置方式的。

实际上如果要得到多个激振器振动叠加后振动增强的效果，如果第一只激振器放置在工件的上部而且位置确定后而且其初始振幅为正，那么在振幅相同方向(同为正)的工件部位在工件上部安放其它同步振动的激振器都将会增强叠加后的振动，在振幅相反的方向的工件部位从工件上部安放其它同步振动的激振器会使工件振动减弱，但是在振幅相反的方向的工件部位从工件下部安放同步振动的其它激振器工件会使振动增强。

特别的，在距离第一只激振器为波长的整数倍位置x_n＝nλ，(n＝1，2，3…)放置其它的激振器都会使叠加后的振动增强效果最佳；另外如果第一只激振器放置在工件的上部，而且位置确定后，在距离第一只激振器为x_n＝(n-1/2)λ，(n＝1，2，3…)位置在工件的下部固定放置其它的激振器，也可以获得最佳的振动叠加增强效果。

本发明的装置除了上述部分外，还可以包括固定激振器的卡具、振动平台、用于盛放金属熔体的容器。

一种超磁致伸缩振动方法，基于一种超磁致伸缩振动装置，提出了多只激振器同步振动的整体实施方案，包括激振器及激振器数量确定原则，多个激振器在工件上的摆放固定位置的确定原则，以及工件的支撑点确定原则和所需要的设计计算方法。方法包括：

在工件上分布安装两个及两个以上的超磁致伸缩激振器，其设置位置让所有超磁致伸缩激振器的振幅相加；

电源控制器产生频率信号，频率信号放大后驱动控制各个超磁致伸缩激振器以同一振动频率同步振动或以在给定振动频率段中选取的若干振动频率依次同步振动，令工件获得均匀振动。这里选取若干频率的个数根据实际应用情况的工件及其振动特性进行选择。依次同步振动就是指选取多个频率后，先以一个频率控制各个超磁致伸缩激振器同步振动，按一定顺序再依次以其它几个频率控制各个超磁致伸缩激振器进行同步振动。

进一步，所述超磁致伸缩激振器振动频率范围为1Hz-100kHz，所述给定振动频率段为1Hz-100kHz或其中的一段频率，进一步采用扫频的方法确定工件共振和谐振频率，将振动频率设置为工件的共振频率/谐振频率，或者振动频率设置为在工件共振频率/谐振频率峰宽范围上的一个值或一段频率。从原理上来说，振动处理(振动时效、振动焊接、振动铸造)可以选择几乎任何满足的频率来进行处理，但是处理工艺是不同的，很多时候处理效果也会存在差别。

同等振幅的情况下，工作频率不同，振动处理工艺也不同。频率越低的振动波在工件中衰减越小，处理范围大，因而所选用的激振器数量越少，但是频率低的情况下相同处理时间下获得的振动能量越少，所以工件振动处理需要的时间也就越长；反之，频率越高，振动波在工件中的传播随距离衰减越快，有效处理范围就越小，但是在这个局部范围，达到相同处理效果所需要的处理时间也越短，但是由于其处理的有效范围小，相同工件所需要的激振器数量就相对较多。特别的，可以通过扫频等方法获得该工件的共振频率和很多个谐振频率，可以选择在其中亚共振频率上(略小于共振频率)进行振动，也可以依次选择多个谐振频率及亚共振频率进行振动处理。这种情况下用很小的驱动能量就可以获得很大的激振力，有利于提高能量利用效率。同时选择多个频率依次振动处理，可以获得更均匀和更好的处理效果。

振动处理工艺不同，所需要的激振力大小不同，可以根据不同的工艺需要来选取激振器的功率。因为振动时效需要让固态金属产生塑性变形，因此，相对于振动焊接和振动铸造，振动时效处理需要的能量比较大。当激振器产生的应力加上工件的残余应力大于工件材料的屈服强度时，工件局部发生塑性变形，残余应力就得以释放，这样就达到了消减和匀化工件残余应力的时效目的。而振动焊接和振动铸造过程中振动波主要起到的是在液态金属中阻止和打断晶粒长大的作用，因此所需要的振动能量也大大减小，通常振动焊接和振动铸造所需要的激振器的激振力远小于振动时效用的激振器。

进一步，所述方法还包括测量工件各部位振动特性并用于精确确定包括工件振幅最大位置、振幅最小位置、各部位加速度值及工件共振或谐振频率的数据，以精确确定多个超磁致伸缩激振器安装位置和超磁致伸缩振动方法的振动处理工艺。传感器可以包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器等可以测量各部位振动特性的传感器。通过采用加速度传感器可以测量工件的共振或谐振频率，在工件上移动加速度传感器可以测量工件不同部位的加速度或振幅大小。振幅最小的位置为节点位置，振幅最大的位置为波峰位置，一般工件有多个波峰位置，相邻的波峰位置振幅方向相反，测量后要在工件上标注出节点位置、振幅相同的波峰位置和振幅相反的波峰位置以及加速度的数值。波节位置可以用于工件的支撑，多个激振器同时放置在上部或下部波峰而且振幅方向相同的位置；如果多个激振器放置于工件的上方且振幅相同位置，那么如果要在下部的增加放置激振器时激振器的位置应位于振幅相反的波峰位置。工件的不同部位的波峰位置的加速度值是不同的，如果该波峰位置加速度值过小，则应在该位置或附近增加新的激振器，以使工件获得均匀的振动。采用精确的数据来精确确定位置及参数设置，以使装置和振动工艺达到最佳效果。

进一步，所述两个及两个以上的超磁致伸缩激振器在工件上的安装位置采用以下两种情况中的一种：

1、所有超磁致伸缩激振器都位于工件的上部或者下部，且振幅方向相同，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一只超磁致伸缩激振器为x_n＝nλ，(n＝1，2，3…)的位置；

2、超磁致伸缩激振器分别位于工件的上部和下部，位于工件上部的超磁致伸缩激振器与位于工件下部的超磁致伸缩激振器的振幅方向相反，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一个超磁致伸缩激振器相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝(n-1/2)λ，(n＝1，2，3…)。

进一步，所述方法还包括设置支撑件来支撑工件，支撑件设置在工件底部上位置坐标为x＝(2n-1)λ/4(n＝1，2，3...)处。

虽然上述多超磁致伸缩激振器是针对一维的工件提出的振动处理方法，实际上上述原理完全可以推广到2维的工件情况，需要注意的是振动波在另外方向上的传播方式是否改变(例如纵波变为横波或表面波等)因而造成在该方向上的波长变化，如果波长发生变化，那么这个方向上的激振器摆放位置和支撑点位置都要发生变化，但是计算方法和一维的计算方法相同。

本发明的特点之一：具体分析工件各部位的材质和应力状态，按照工件的部位材质等情况，在工件的不同点放置振子并给各个振子分别供给振动信号，使各个振子组成一个振动系统对工件共同均匀施振，来解决有些部分处理效果好有些部分效果差的问题。

本发明的特点之二：采用超磁致伸缩激振器，达到易于实现控制各振子振动信号的目的。如果采用传统的电机偏心振子，对各个电机进行同步控制比较难。而用超磁致伸缩换能器则可以通过各个振子的励磁线圈电流频率和电流大小等参数很容易实现协调控制。

本发明选用的激振器为超磁致伸缩激振器，这种激振器比其它种类的激振器具有宽的工作频带(100kHz以下，而偏心电机式激振器工作频率小于167Hz)，无论在低频、中频或超声均可以工作，这样就可振动处理的工件就更多。另外这种换能器根据控制电源的电信号可以控制多台超磁致伸缩激振器快速精确的在特定频率(例如340.2HZ)同步工作(同频率、同相位)，这是传统电机式激振器无法做到的。超磁致伸缩单只激振器的功率可做到从毫瓦及到几十千瓦，完全满足各种振动处理的需要。另外这种超磁致伸缩激振器采用低电压工作，不存在高速旋转机械，安全性和可靠性大大提高。

同样，超磁致伸缩多振子振动还被应用于焊接和铸造过程中。在焊接或铸造的金属熔体凝固过程中施加一定频率和强度的振动波，会使得金属或合金在结晶过程中形成的晶粒细化、合金液中的杂质和溶解的气体更容易上浮和使凝固的合金中减少夹杂和缺陷，从而提高焊接或铸造产品质量。在振动焊接和振动铸造中，同样和振动时效一样，需要均匀振动才能获得最佳的振动焊接和振动铸造效果。

发明特点之三：在振动时效、振动焊接、振动铸造中，为了降低能耗提高振动效果，将振动工作频率设置在工件的共振频率或谐振频率附近比较好。然而由于偏心电机的工作频率小(即使是高速电机，其频率也只有10000转/分钟)，即小于167Hz，而超磁致伸缩激振器频率最高可以达到100kHz，完全可以对无论是大工件还是小工件实现共振或谐振施振处理工艺。

发明特点之四：提出了通过扫频确定工件共振和谐振频率，并选定一个或多个亚共振频率进行多振子同步振动的新工艺，以提高振动效果和降低能量消耗，同时达到更均匀的振动处理效果。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种超磁致伸缩振动装置，如图4所示，工件6由A和B两部分组成(实际上很多工件可能更复杂)，在这每部分工件上至少各安装一只超磁致伸缩激振器，这两只激振器同时以1Hz-100kHz中其中的一个频率振动，或从1Hz-100kHz选取几个频率依次同步振动，以取得对工件整体的振动处理效果。如果在工件的某一部分仅安装一只激振器，由于振动传播中的衰减以及振动波的反射或振动方式的改变，另外一部分可能就不会获得足够强的振动能量，那样整个工件就不能获得均匀的振动处理效果。因此需要选用多个激振器来进行同步振动处理。另外在选择较高频率进行振动处理时(可以缩短处理时间)，由于有效处理范围小，也必须用多激振器同步振动处理。

实施例2

本发明较佳实施例提供的一种超磁致伸缩振动装置，如图5所示，在工件6的上部在0位置和2λ各固定摆放了一只超磁致伸缩激振器7，在同步振动时各产生一列振动波A和B，由于这两列波在杆件的任意位置方向相同，因此叠加后波的振幅增大。

在本例子中，如果第一只激振器的位置在x＝0处，而且激振器安放在工件的上部，那么从工件上部还可以在x＝λ，x＝2λ和x＝3λ的位置或可以从工件的下部在x＝λ/2，x＝3λ/2和x＝5λ/2的位置根据振动工艺对振动均匀性的要求放置1到6只激振器。

所示工件的支撑位置可以选在x＝(2n-1)λ/4(其中n＝1，2，3...)或附近，这些位置振幅为零或最小，对振动的抑制作用最小。

对图5中的工件，正确地支撑位置分别为x＝λ/4，x＝3λ/4，x＝5λ/4，...，x＝11λ/4，但是为了减少支撑物对工件振动的抑制，应选择尽可能少的支撑点，在对图4的工件处理时在工件的两端各选择一个支撑点就可以了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超磁致伸缩振动装置，包括工件(6)，其特征在于：还包括分布安装在工件(6)上的两个或两个以上的超磁致伸缩激振器(7)、超磁致伸缩激振器(7)连接的电源控制器(8)；各个超磁致伸缩激振器(7)设置在令所有超磁致伸缩激振器(7)振动时振幅相加的位置，电源控制器(8)产生频率信号驱动各个超磁致伸缩激振器(7)同步振动。

2.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩振动装置，其特征在于：所述超磁致伸缩激振器(7)的安装位置为以下两种情况中的一种：(1)、所有超磁致伸缩激振器(7)都位于工件(6)的上部或者下部，且振幅方向相同；(2)、超磁致伸缩激振器(7)分别位于工件(6)的上部和下部，位于工件(6)上部的超磁致伸缩激振器(7)与位于工件(6)下部的超磁致伸缩激振器(7)的振幅方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的一种超磁致伸缩振动装置，其特征在于：所述超磁致伸缩激振器(7)的安装位置为以下情况中的一种：

所述超磁致伸缩激振器(7)都位于工件(6)的上部或者下部，且振幅方向相同，此时确定第一只超磁致伸缩激振器(7)位置后，将其它超磁致伸缩激振器(7)放置在与第一只超磁致伸缩激振器(7)的距离为x_n＝nλ的位置，其中n为正整数，入为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长；

所述超磁致伸缩激振器(7)分别位于工件(6)的上部和下部，位于工件(6)上部的超磁致伸缩激振器(7)与位于工件(6)下部的超磁致伸缩激振器(2)的振幅方向相反，此时确定第一只超磁致伸缩激振器(7)位置后，将其它超磁致伸缩激振器(7)放置在与第一个超磁致伸缩激振器(7)相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器(7)距离为x_n＝(n-1/2)λ，n为正整数。

4.根据权利要求1所述的一种超磁致伸缩振动装置，其特征在于：所述装置还包括测量工件振动特性的传感器。

5.根据权利要求1或3所述的一种超磁致伸缩振动装置，其特征在于：所述装置还包括设置在工件底部上用于支撑的支撑件，所述支撑件设置在工件(6)底部上距离第一只超磁致伸缩激振器(7)位置坐标为x＝(2n-1)λ/4处，n为正整数，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长。

6.一种超磁致伸缩振动方法，其特征在于：方法包括：

在工件上分布安装两个或两个以上超磁致伸缩激振器(7)，其设置位置满足让所有超磁致伸缩激振器振动时的振幅相加；

电源控制器(8)产生频率信号，频率信号放大后驱动控制各个超磁致伸缩激振器(7)以同一振动频率同步振动或以在给定振动频率段中选取的若干振动频率依次同步振动，令工件获得均匀振动。

7.根据权利要求6所述的一种超磁致伸缩振动方法，其特征在于：所述超磁致伸缩激振器振动频率范围为1Hz-100kHz，所述给定振动频率段为1Hz-100kHz或其中的一段频率，进一步采用扫频的方法确定工件共振和谐振频率，将振动频率设置为工件的共振频率/谐振频率，或者振动频率设置为在工件共振频率/谐振频率峰宽范围上的一个值或一段频率。

8.根据权利要求6所述的一种超磁致伸缩振动方法，其特征在于：所述方法还包括测量工件(6)各部位振动特性并用于精确确定包括工件振幅最大位置、振幅最小位置、各部位加速度值及工件共振或谐振频率的数据，以精确确定多个超磁致伸缩激振器安装位置和超磁致伸缩振动方法的振动参数设置。

9.根据权利要求6所述的一种超磁致伸缩振动方法，其特征在于：所述两个及两个以上的超磁致伸缩激振器在工件上的安装位置采用以下两种情况中的一种：

1、所有超磁致伸缩激振器都位于工件的上部或者下部，且振幅方向相同，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝nλ，n为正整数的位置，入为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长；

2、超磁致伸缩激振器分别位于工件的上部和下部，位于工件上部的超磁致伸缩激振器与位于工件下部的超磁致伸缩激振器的振幅方向相反，该种情况时将其它超磁致伸缩激振器放置在与第一个超磁致伸缩激振器相反的工件安装方向上，且与第一只超磁致伸缩激振器距离为x_n＝(n-1/2)λ，n为正整数。

10.根据权利要求6所述的一种超磁致伸缩振动方法，其特征在于：所述方法还包括设置支撑件来支撑工件，支撑件设置在工件底部上位置坐标为x＝(2n-1)λ/4处，n为正整数，λ为超磁致伸缩激振器振动波在工件中的波长。