尾舱薄壁铸件振动时效工艺应用

尾舱是产品上的重要零件，其体积大，加工精度要求较高，属薄壁铝合金铸件。在试制时，切削加工变形造成的不合格品率超过80%。为了消除材料中的残余应力，稳定材料组织，进行了人工时效即热处理时效，但效果不是很理想，而且成本较高。其切削加工变形是影响该产品质量和生产进度的关键技术问题。经过多次研究讨论后，决定采用新型工艺-振动时效消除薄壁铸件的残余应力。

振动时效工艺

薄壁铸件为“天圆地方”型零件，尺寸：大端为方形，小端为圆形，高度h＞1100mm，壁厚最薄处仅为3mm。在保持零件静、动态平稳的前提下，支撑的数量越少越好，选取3个支撑点，支撑点置于零件的侧壁上，支撑位置选在振动的节点处，支撑物采用橡胶垫。铸件在“地方”部位采用2点支撑，在“天圆”部位采用1个支撑点，中间没有支撑。

铸件材料为ZL59合金，其抗拉强度为340-350MPa，延伸率为4%-5%，屈服强度约为270MPa，由于铸件壁厚较薄，试验时选用加载系数K=0.45，即动应力为3.6kg/mm²，以保证铸件振动时效的安全性和有效性。

试验中，振动前进行零档扫频，确定零件的固有频率，振动过程中自动优化选取5个以上振动频率，以实现对工件的多维消除残余应力。

振动时间的确定：尾舱铸件质量为35kg左右，为薄壁大型铸件，根据零件质量和振动时间的关系，确定平均每个频率下振动时间为8min。具体时间安排是：第1个频率下振动时间为10min，第5个频率下振动时间为6min，中间频率下振动时间为8min，总共时间为40min。当第5个频率分析结束后，试验完成。

试验结果分析

零件振动时效后的a-t曲线有5条，这里只选取振动中间第3个频率和振动结束第5个频率时的a-t曲线。可以发现，第3个频率时的a-t曲线上升后下降，呈波浪形变化，说明振动时效能够有效消除残余应力；第5个频率时的a-t曲线变化平缓，说明振动时效后薄壁铸件内部残余应力已基本消除，零件内部残余应力均化程度高。

总结

振动时效工艺可以有效减少和均化薄壁铸件的残余应力，这是因为在振动时效过程中，零件承受周期性的附加应力作用，当激振附加动应力和零件内部残余应力在应力集中处叠加，率先达到或超过材料的屈服极限，发生局部微塑件变形，继而又在整体上发生较大的塑性变形。峰值应力处产生的塑性变形大，而其他部位相对较小，经过多次交变应力作用，由于微宏观塑性变形导致了零件中残余应力的降低和均匀化。