某生产套筒类零件厂家生产的一款薄壁套筒类零件,毛胚和半成品结构刚性大,对产品精度和强度及耐磨均要求较高,内孔尺寸精度最高为6-7级,尤其是对精度稳定性要求高。
该产品批量大、规格多,毛胚径向最大尺寸700mm以上,最长工件1000mm以上;成品径向最小尺寸小于200mm,最小壁厚8mm。毛胚采用离心浇铸合金铸铁支撑,经热时效处理,内孔精加工并强化热处理后,再行精细加工。由于零件径向尺寸变化大,需大量强力切削,从多次热加工到强力切削,工件中的残余应力不断变化,且工件属于易变形的薄壁套筒类零件,要使加工达到精度要求并确保尺寸稳定,时效处理尤为重要。
一直以来,该厂家都是采用热时效方式消除应力,但此方法消耗了大量的人力物力,所以急需寻找另一种高效的方法代替。
经技术人员研究,决定采用振动时效消除应力方法。理论上讲,只要被振工件在任何振动频率下动应力足够大,就可以达到均化残余应力和稳定尺寸的效果。但该产品半成品结构刚性较大,采用常规振动平台处理可能会减低工件内部的动应力,会影响振动时效的效果。

于是,技术人员通过有限元分析和经验设计并模拟试验,使平台和装夹装置的刚性足够大,用最小的能量激发工件产生较大的动应力,有效地将振动能量传递到工件体上,使振动平台中发生弹性变形。将激振器放置在两支点的波峰处,使偏心轮的旋转面垂直于支点的平面,从而使平台产生弯曲共振,这种振动使装夹在平台上的工件产生较大的动应力。
随后,在加工中和产品出厂6个月后,全过程对试件几何尺寸和形位公差进行跟踪测量,采取残余应力检测进行效果验证。粗加工后与时效处理后精度测量最大变形量为0.35mm,精加工后与表面强化处理后最大变形量为0.04mm,表面强化处理后与再时效处理后最大变形量为0.01mm,精细加工后的成品与出厂6个月的产品最大变形量为0.002mm。
经实践证明,在生产这种薄壁套筒类零件过程中,振动消除应力技术可以满足产品的尺寸精度和稳定性要求。
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