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，切削加工變形造成的不合格品率超過80%。為了消除材料中的殘余應力，穩(wěn)定材料組織，進行了人工時效即熱處理時效，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)進度的關鍵技術(shù)問題。經(jīng)過多次研究討論后，決定采用新型工藝-振動時效消除薄壁鑄件的殘余應力。

振動時效工藝

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、動態(tài)平穩(wěn)的前提下，支撐的數(shù)量越少越好，選取3個支撐點，支撐點置于零件的側(cè)壁上，支撐位置選在振動的節(jié)點處，支撐物采用橡膠墊。鑄件在“地方”部位采用2點支撐，在“天圓”部位采用1個支撐點，中間沒有支撐。

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

試驗中，振動前進行零檔掃頻，確定零件的固有頻率，振動過程中自動優(yōu)化選取5個以上振動頻率，以實現(xiàn)對工件的多維消除殘余應力。

振動時間的確定：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)量和振動時間的關系，確定平均每個頻率下振動時間為8min。具體時間安排是：第1個頻率下振動時間為10min，第5個頻率下振動時間為6min，中間頻率下振動時間為8min，總共時間為40min。當?shù)?個頻率分析結(jié)束后，試驗完成。

試驗結(jié)果分析

零件振動時效后的a-t曲線有5條，這里只選取振動中間第3個頻率和振動結(jié)束第5個頻率時的a-t曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，第3個頻率時的a-t曲線上升后下降，呈波浪形變化，說明振動時效能夠有效消除殘余應力；第5個頻率時的a-t曲線變化平緩，說明振動時效后薄壁鑄件內(nèi)部殘余應力已基本消除，零件內(nèi)部殘余應力均化程度高。

總結(jié)

振動時效工藝可以有效減少和均化薄壁鑄件的殘余應力，這是因為在振動時效過程中，零件承受周期性的附加應力作用，當激振附加動應力和零件內(nèi)部殘余應力在應力集中處疊加，率先達到或超過材料的屈服極限，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。峰值應力處產(chǎn)生的塑性變形大，而其他部位相對較小，經(jīng)過多次交變應力作用，由于微宏觀塑性變形導致了零件中殘余應力的降低和均勻化。