振動(dòng)時(shí)效在鋁型材上的應(yīng)用.doc

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1、振動(dòng)時(shí)效在鋁材上的應(yīng)用發(fā)布者：admin發(fā)布時(shí)間：2012-7-25閱讀：1169次振動(dòng)時(shí)效在鋁材上的應(yīng)用2010-12-29振動(dòng)時(shí)效在鋁合金零件加工中的應(yīng)用張　曉,杜戰(zhàn)峰(西安電子工程研究所,陜西西安)摘　要:高強(qiáng)度鋁合金在加工過程中的變形問題廣泛存在,而殘余應(yīng)力是引起變形的關(guān)鍵因素。因此,研究如何去除殘余應(yīng)力、穩(wěn)定鋁合金零件尺寸具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:鋁合金;殘余應(yīng)力;振動(dòng)時(shí)效分類號(hào):TH161　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A本文首先介紹了去除殘余應(yīng)力的常用方法及其特點(diǎn),然后詳述了振動(dòng)時(shí)效去除殘余應(yīng)力的工藝和原理。然后在試驗(yàn)中通過檢測(cè)剛加工完成時(shí)和放置90d時(shí),零件表面的平面度變化

2、的方法比較了人工時(shí)效法、深冷處理法和振動(dòng)時(shí)效法在去除實(shí)例零件殘余應(yīng)力時(shí)的效果。最后結(jié)果表明:振動(dòng)時(shí)效在去除鋁合金殘余應(yīng)力時(shí)較其它方法具有更好的效果?！　?075、2024、6061、6063等變形鋁合金由于比強(qiáng)度高,廣泛地用于航空、航天、電子等工業(yè)中。這些鋁合金的強(qiáng)化都是通過熱處理(固溶處理+時(shí)效處理)的途徑得以實(shí)現(xiàn)。但這些鋁合金結(jié)構(gòu)件毛坯在成形(冷變形、焊接等)與熱處理過程中常常產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力,造成在后續(xù)的機(jī)械加工過程中,隨著材料的不斷去除,原來(lái)毛坯中殘余應(yīng)力的“平衡狀態(tài)”被打破,殘余應(yīng)力將重新分布直至達(dá)到內(nèi)力平衡,此時(shí)往往產(chǎn)生很大的加工變形,使零件失去應(yīng)有的加工精度。另外,殘余拉應(yīng)

3、力還增加鋁合金結(jié)構(gòu)件應(yīng)力腐蝕開裂(StressCorrosionCracking)的敏感性,導(dǎo)致早期疲勞失效。因此,在鋁合金加工過程中去除殘余應(yīng)力,穩(wěn)定零件尺寸具有重要的意義。1　去除殘余應(yīng)力的常用方法1.1　自然時(shí)效法???把構(gòu)件露天放置于室外,經(jīng)過幾個(gè)月至幾年的風(fēng)吹、日曬、雨淋和季節(jié)的溫度變化,給構(gòu)件多次造成反復(fù)的溫度應(yīng)力。在溫度應(yīng)力形成的過載下,促使殘余應(yīng)力發(fā)生松弛而使尺寸精度獲得穩(wěn)定。自然時(shí)效方法雖然簡(jiǎn)單易行,但降低殘余應(yīng)力的效果不明顯,并且生產(chǎn)周期長(zhǎng),占用場(chǎng)地大,已逐漸被淘汰。1.2　人工時(shí)效法???人工時(shí)效處理法是降低殘余應(yīng)力的傳統(tǒng)方法。人工時(shí)效是指把鋁合金加熱到某一溫度,保溫

4、一定的時(shí)間,然后緩慢冷卻到室溫的熱處理方法。但如果時(shí)效溫度過高,時(shí)效時(shí)間過長(zhǎng),將使鋁合金軟化,謂之過時(shí)效。因而,人工時(shí)效通常在較低溫度(小于200～250℃)下進(jìn)行,從而使得消除應(yīng)力的效果僅為10%～35%,非常有限。同時(shí)人工時(shí)效存在能耗高,生產(chǎn)成本高的問題。1.3　深冷處理法???深冷處理法也稱冷穩(wěn)定處理法,按工藝可劃分為深冷急熱法與冷熱循環(huán)法2種。其中深冷急熱法是將含有殘余應(yīng)力的零件浸入-196℃的液氮中深冷,待內(nèi)外溫度均勻后又迅速地用熱蒸汽噴射,通過急熱與急冷產(chǎn)生方向相反的熱應(yīng)力,借此抵消原來(lái)的殘余應(yīng)力場(chǎng)。而冷熱循環(huán)法是指在慢速交換條件下在低溫液氮與高溫液體之間進(jìn)行冷熱交換,適合于內(nèi)

5、含線膨脹系數(shù)差別很大金相組織的鋁合金。由于深冷處理對(duì)零件的尺寸與形狀沒有限制,因此,適合于形狀復(fù)雜的模鍛件與鑄件。然而,深冷處理的局限性也顯而易見,他只能消除熱處理溫度梯度產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,而不能有效消除機(jī)械加工、冷成形等不均勻塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,對(duì)焊接殘余應(yīng)力的消除效果也不佳[3]。1.4　振動(dòng)時(shí)效法???振動(dòng)時(shí)效,在國(guó)外稱之為“VSR”技術(shù),它是“VibratoryStressRelief”的縮寫。它是根據(jù)工藝要求控制激振器的轉(zhuǎn)速和偏心使工件發(fā)生共振,讓工件需時(shí)效部位產(chǎn)生一定幅度、一定周數(shù)的交變運(yùn)動(dòng)并吸收能量,從而讓工件內(nèi)部發(fā)生一定的微觀黏彈塑性金屬力學(xué)變化,從而在一定程度上降低和均

6、化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力,提高工件將來(lái)的尺寸穩(wěn)定性及疲勞壽命等性能。2　振動(dòng)時(shí)效的工藝振動(dòng)時(shí)效的一般工藝過程:用膠墊支撐工件—將激振器和拾振器固定在工件上—振前掃頻搜尋共振峰—選擇亞共振峰振動(dòng)時(shí)效—振后掃頻檢查時(shí)效效果。振動(dòng)時(shí)效工藝布置圖如圖1所示。首先,根據(jù)工件結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)、時(shí)效要求和殘余應(yīng)力場(chǎng)分布分析判斷所需有效振型;在預(yù)測(cè)的有效振型的節(jié)線附近平穩(wěn)地彈性支撐工件(為了使工件處于自由狀態(tài),支點(diǎn)應(yīng)盡量少);把激振器固定裝在工件剛性較大且振幅較大處;把拾振器固定裝在遠(yuǎn)離激振器且在振幅較大處。然后,選擇激振器偏心距,將固定在工件上的激振器的電機(jī)轉(zhuǎn)速(頻率)由小調(diào)大,尋找共振峰,確定主、附振頻率

7、;按主振頻率的振型調(diào)整支撐點(diǎn)、激振點(diǎn)、拾振點(diǎn)。最后,在亞共振區(qū)選擇頻率主振工件,一般累計(jì)振動(dòng)時(shí)間不超過40min。3　振動(dòng)時(shí)效的原理???振動(dòng)時(shí)效(VSR)消除殘余應(yīng)力使工件獲得尺寸穩(wěn)定性的機(jī)理可以從宏觀和微觀兩方面解釋:宏觀上,當(dāng)σ動(dòng)+σ殘≥σS時(shí)(σ動(dòng)—激振器施加給工件的周期性動(dòng)應(yīng)力,σ殘為殘余應(yīng)力,σS為材料屈服強(qiáng)度極限),工件會(huì)產(chǎn)生少量的塑性變形,使殘余應(yīng)力峰值下降,原來(lái)不穩(wěn)定的殘余應(yīng)力得到松弛和勻化。同時(shí)由于包