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【案例】振动时效在薄壁件加工过程中的应用

发布时间:2021/01/25

薄壁件具有重量轻、结构紧凑等特点,被广泛运用于航空航天、汽车行业。薄壁件的加工,往往需要经过成型、焊接、车铣削等复杂漫长的工艺过程。

 

在加工过程中,薄壁件受残余应力影响,很容易引起延迟变形、开裂、疲劳、腐蚀、翘曲等问题,轻则使产品报废,重则危及产品服役过程的稳定性和可靠性。

 

在以往的加工过程中,通常采用热时效和自然时效进行应力消除。然而,多次热时效后材料性能可能发生改变,影响零件使用。而如果零件进行热时效次数少,则应力去除效果不理想,不能彻底消除零件的残余应力或使应力分布匀化,无法满足加工精度要求。自然时效又存在周期长、效率低、占用资金大的问题。

 

振动时效在薄壁件加工中的去应力效果

构件名称:铝合金薄壁支架

构件尺寸:壁厚3mm

构件问题:该支架在加工过程中,由于壁薄,刚性弱,材料应力大,加工精度要求高,加工变形造成不合格率达到85%以上。

解决方案:残余应力测试—模态宽频振动消除应力--残余应力第二次测试--结果分析

 

为评估时效工艺效果,需时效前后分别进行残余应力检测。考虑到X射线测量深度为微米级,检测需要剥层处理,因此本案例中采用了盲孔法进行残余应力检测。

检测中选取 2 块材料,分别取 4 个点进行了应力测试。随后对2块材料进行振动时效处理,再分别对4个点进行测试。测试结果如表 1 所示。

从试验结果可以得出,构架在振动后残余应力值明显变小。同时,时效处理后,将零件静置一段时间,待时效效果稳定后,测量零件的圆度和平面度。经测量,对振前、振后零件圆度和平面度的对比分析发现,振动时效前后零件的尺寸没有明显变化,满足后续精加工的余量要求,同时零件表面质量良好,没有出现裂纹等质量缺陷。由此判断振动时效取得了良好的效果。