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振動時效振動輔助成形消除殘余應力

更新時間:2020/12/11  點擊數:647


鋁合金結構件在航天中應用廣泛,但是在太空中,結構件由于受到高低溫循環作用,內部殘余應力容易發生松弛,破壞了工件的尺寸穩定性,無法滿足長時間的精度保持要求。
此外,板材局部的高殘余應力集中區域由于內部組織和結構的不均勻性易成為應力腐蝕的活性點,最終導致應力腐蝕開裂(Stress Corrosion Cracking,SCC),從而造成構件開裂。所以,在航天領域,大幅消除構件的殘余應力顯得非常必要。

振動時效一直是消除殘余應力的有效手段。熊冠華等對7075鋁合金薄壁構件進行振動時效處理,在30和60 min的時效時間內,表面殘余應力分別下降了22%和32%。劉曉丹等采用振動時效來消除波紋管中的殘余應力,振動后膨脹波紋管的軸向和環向殘余應力分別下降了44.6%和17.6%。此外,有學者發現,振動時效消除殘余應力的效果與零件成形后的靜置時間有關,構件組織內部越不穩定,殘余應力的消除效果越好。而材料在成形過程中,其組織和應力狀態均處于不穩定狀態,如果在沖壓成形中引入振動,既能夠有效地縮短制造工藝流程、提高生產效率,又能夠起到降低殘余應力的作用。

目前,振動輔助成形應用較多的是超聲波振動輔助成形。受限于振動力的大小,其主要應用在微成形領域,F在,隨著伺服控制技術的發展,具有較大成形力的伺服壓力機已經得到了廣泛應用。本研究采用高精度伺服壓力機作為振動源,能夠產生0~40 Hz的低頻振動。同時,由于經典的3點彎曲模型的殘余應力分布規律能夠很好地采用解析方法算出,且能方便地驗證后續實驗過程中殘余應力測量的準確性,所以,本研究采用振動輔助彎曲成形實驗,以振動頻率、振幅以及下壓速率作為變量,研究不同振動參數對殘余應力的影響規律,并采用有限元模擬分析和微觀位錯理論對其進行分析與解釋。

結論
(1)低頻振動輔助成形能夠降低材料殘余應力以及位錯密度,相比于無振動成形,殘余應力降幅可達36.96%。

(2)當振幅在0~0.15 mm范圍內,隨著振幅增大,內彎面的殘余應力和位錯密度均呈現先下降、后上升的趨勢,在0.04~0.07 mm處出現殘余應力最低點,這是因為:隨著振幅的增大,模具與板料表面會發生分離,進而影響位錯密度和殘余應力的變化。

(3)振動頻率在0~30 Hz振動范圍內,殘余應力隨著頻率的增加先降低,超過臨界頻率之后,頻率對殘余應力的影響不明顯。

(4)在0.1~1.0 mm·s-1的下壓速率范圍內,隨著下壓速率的增大,殘余應力呈現上升趨勢。

(5)彎曲截面的平均位錯密度與內、外彎曲表面的殘余應力隨振動參數變化規律一致。

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