尾艙是產(chǎn)品上的重要零件，其體積大，加工精度要求較高，屬薄壁鋁合金鑄件。在試制時(shí)，切削加工變形造成的不合格品率超過(guò)80%。為了消除材料中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定材料組織，進(jìn)行了人工時(shí)效即熱處理時(shí)效，但效果不是很理想，而且成本較高。其切削加工變形是影響該產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次研究討論后，決定采用新型工藝-振動(dòng)時(shí)效消除薄壁鑄件的殘余應(yīng)力。

振動(dòng)時(shí)效工藝

薄壁鑄件為“天圓地方”型零件，尺寸：大端為方形，小端為圓形，高度h＞1100mm，壁厚最薄處僅為3mm。在保持零件靜、動(dòng)態(tài)平穩(wěn)的前提下，支撐的數(shù)量越少越好，選取3個(gè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)置于零件的側(cè)壁上，支撐位置選在振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)處，支撐物采用橡膠墊。鑄件在“地方”部位采用2點(diǎn)支撐，在“天圓”部位采用1個(gè)支撐點(diǎn)，中間沒(méi)有支撐。

鑄件材料為ZL59合金，其抗拉強(qiáng)度為340-350MPa，延伸率為4%-5%，屈服強(qiáng)度約為270MPa，由于鑄件壁厚較薄，試驗(yàn)時(shí)選用加載系數(shù)K=0.45，即動(dòng)應(yīng)力為3.6kg/mm²，以保證鑄件振動(dòng)時(shí)效的安全性和有效性。

試驗(yàn)中，振動(dòng)前進(jìn)行零檔掃頻，確定零件的固有頻率，振動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)優(yōu)化選取5個(gè)以上振動(dòng)頻率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的多維消除殘余應(yīng)力。

振動(dòng)時(shí)間的確定：尾艙鑄件質(zhì)量為35kg左右，為薄壁大型鑄件，根據(jù)零件質(zhì)量和振動(dòng)時(shí)間的關(guān)系，確定平均每個(gè)頻率下振動(dòng)時(shí)間為8min。具體時(shí)間安排是：第1個(gè)頻率下振動(dòng)時(shí)間為10min，第5個(gè)頻率下振動(dòng)時(shí)間為6min，中間頻率下振動(dòng)時(shí)間為8min，總共時(shí)間為40min。當(dāng)?shù)?個(gè)頻率分析結(jié)束后，試驗(yàn)完成。

試驗(yàn)結(jié)果分析

零件振動(dòng)時(shí)效后的a-t曲線(xiàn)有5條，這里只選取振動(dòng)中間第3個(gè)頻率和振動(dòng)結(jié)束第5個(gè)頻率時(shí)的a-t曲線(xiàn)?？梢园l(fā)現(xiàn)，第3個(gè)頻率時(shí)的a-t曲線(xiàn)上升后下降，呈波浪形變化，說(shuō)明振動(dòng)時(shí)效能夠有效消除殘余應(yīng)力；第5個(gè)頻率時(shí)的a-t曲線(xiàn)變化平緩，說(shuō)明振動(dòng)時(shí)效后薄壁鑄件內(nèi)部殘余應(yīng)力已基本消除，零件內(nèi)部殘余應(yīng)力均化程度高。

總結(jié)

振動(dòng)時(shí)效工藝可以有效減少和均化薄壁鑄件的殘余應(yīng)力，這是因?yàn)樵谡駝?dòng)時(shí)效過(guò)程中，零件承受周期性的附加應(yīng)力作用，當(dāng)激振附加動(dòng)應(yīng)力和零件內(nèi)部殘余應(yīng)力在應(yīng)力集中處疊加，率先達(dá)到或超過(guò)材料的屈服極限，發(fā)生局部微塑件變形，繼而又在整體上發(fā)生較大的塑性變形。峰值應(yīng)力處產(chǎn)生的塑性變形大，而其他部位相對(duì)較小，經(jīng)過(guò)多次交變應(yīng)力作用，由于微宏觀(guān)塑性變形導(dǎo)致了零件中殘余應(yīng)力的降低和均勻化。