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【案例】:振动时效在薄壁件加工过程中的应用

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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。


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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。 

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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。



结论


1) 振动时效技术具有时间短、成本低、不受场地限制、不氧化工件等优点,是一种成本低、效率高的时效处理方法,可取代半精加工到精加工之间的其他时效技术;


2) 在产品制造过程中施行振动时效对工件进行处理,可使产品交付之后的应力状态得到很好的控制,有效解决因产品交付之后应力集中、应力分布不均匀,造成产品在储存期、服役期的延迟变形和疲劳裂纹。


3) 应用振动时效,对于生产厂家降低生产成本、提高加工精度和生产效率具有重大意义,能够产生显著的经济效益。

 

振动时效产品推荐

 

轻型薄壁件去应力解决方案

——模态宽频时效

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模态宽频时效技术是北京翔博科技针对航空、航天等高端制造业关注的残余应力问题而自主研发的新一代时效技术,频率范围为0-1000Hz,更能满足中小型的板、盘、环、框等件应力消除的需求。


模态宽频时效因为激振力在线动态可调、精准度高等优点,被广泛运用于航空、航天、兵器、交通、船舶、能源、电子、通信行业等领域,特别适用于航空发动机的涡轮盘、叶片、机匣等轻型薄壁件。


大中型结构件去应力解决方案

——频谱谐波时效

 

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北京翔博科技自主研发的频谱谐波时效技术,使用傅里叶分析方法,对工件进行频谱分析,找出工件的几十种谐波频率,再优选出五种频率对工件进行处理,从而达到降低和均化铸、锻、焊及加工过程中的残余应力的目的,提高工件尺寸精度稳定性,防止变形和开裂。


频谱谐波时效可处理的工件拓展到90%以上,不论工件大小、频率刚性高低、材料特性,均能不受激振器的转速范围限制,系统自动优选出至少5个谐振频率进行处理,解决了超出激振器转速范围的高刚性、高固有频率的工件的处理难题。 

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首次发布时间:2021-01-26
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