聶寶敏，任清川，周 永

(四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 綿陽 621000)

隨著航空航天業(yè)的不斷發(fā)展，以鋁合金為主要材料的航空機(jī)載薄壁件，因其具有質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)而被大量采用，機(jī)載薄壁共形件就是航空機(jī)載薄壁件中的一類。航空機(jī)載共形件能夠與飛機(jī)、導(dǎo)彈以及衛(wèi)星等高速運(yùn)行的載體平臺表面相共形，且不破壞載體的外形結(jié)構(gòu)及空氣動力學(xué)特性[1-3]；但因薄壁零件在加工過程中回彈量和尺寸控制較難，產(chǎn)品的精度難以提升，導(dǎo)致加工精度低，生產(chǎn)效率不高。本文以典型的薄壁零件——某型號上天線腔體為對象，針對此類零件特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析，針對應(yīng)力的釋放和回彈量的控制等，提出一套適用于此類共形薄壁結(jié)構(gòu)件加工的通用工藝路線；同時，設(shè)計(jì)出一套適用于孔加工的通用工裝，為后續(xù)同類型零件的成形研究打下基礎(chǔ)。

3例病人因疾病影響，較長時間離開崗位，從而產(chǎn)生無法勝任工作的擔(dān)憂。病人C：“我是服裝廠倉庫保管員，如果換了別的崗位自己也不知道能否適應(yīng)？”

1 研究對象

天線腔體零件如圖1和圖2所示。其材料為5A06-H112，合金中化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1[4]，是具有優(yōu)秀的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的輕金屬材料。

圖1 天線腔體三維示意圖

圖2 天線腔體二維示意圖

表1 5A06鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

設(shè)計(jì)人員為進(jìn)一步減輕質(zhì)量，將腔體壁厚降低至1.7 mm，且整體為一個弧形，這樣的設(shè)計(jì)給加工帶來了如下四大難點(diǎn)：1)腔體壁薄導(dǎo)致剛度降低，加工時切削熱會引起工件變形，從而使工件尺寸難以控制，影響零件精度；2)弧面加工孔，裝夾難度高，再加工薄壁零件在夾緊力的作用下易發(fā)生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度；3)薄壁件懸臂長度達(dá)到了約110 mm，位于長度方向的兩尖端處，加工時受到刀具軸向銑削力不均，易產(chǎn)生切削振動，導(dǎo)致工件發(fā)生變形，且表面質(zhì)量很難保證；4)天線罩和腔體加工所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和部位均不同，導(dǎo)致變形方式的嚴(yán)重程度不一樣，二者加工完成后孔與孔之間的配合有較大的偏差，影響裝配精度。

2 振動去應(yīng)力工藝研究

2.1 工藝路線確定

通過分析該零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬制了3組工藝路線進(jìn)行對比試驗(yàn)，通過結(jié)果分析擇優(yōu)選擇。3組工藝路線如下。

因x°λxL*λx和y°λyL*λy,據(jù)τx°λxL*L /ττy°λy可知τλxLτλy。據(jù)引理1.2的對偶

依據(jù)設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)制造的振動平臺和工藝中間件，對完成粗加工的天線腔體(2件)進(jìn)行了第1輪頻譜諧波時效處理，并在時效處理前后對2件工件進(jìn)行了X射線衍射殘余應(yīng)力測試。測試結(jié)果見表3，應(yīng)力分布曲線及應(yīng)力下降比例圖如圖6所示。

本試驗(yàn)采用的振動去應(yīng)力的技術(shù)指標(biāo)主要依據(jù)GB/T 25712《振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法》和QJ 20254—2012《中華人民共和國航天振動標(biāo)準(zhǔn)》對頻譜諧波振動時效工藝的評定方法制定。決定頻譜諧波振動時效工藝最終效果的因素主要有振動工裝結(jié)構(gòu)，工件的工藝中間件結(jié)構(gòu)形式及其裝夾方案，以及激振力大小、激振頻率和振動時間工藝參數(shù)的調(diào)試。

選取山西省忻州市忻府區(qū)新農(nóng)村農(nóng)戶楊春光的1畝路邊田為試驗(yàn)示范地，使用農(nóng)家肥1000 kg/畝及云天化鎂立硼、硝銨磷復(fù)合肥，作為示范田；示范田周圍田地使用其它品牌復(fù)合肥和尿素，面積也為1畝，作為對照田。均根據(jù)農(nóng)戶常年種植習(xí)慣與用肥習(xí)慣進(jìn)行相同施肥與管理。兩塊試驗(yàn)田選在同一路邊地塊，且與農(nóng)戶常規(guī)施肥習(xí)慣一致。

對3組工藝路線進(jìn)行摸底試制，并對優(yōu)劣性進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表2。

表2 工藝路線對比表

工藝中間件毛坯四周預(yù)留實(shí)心工藝夾持筋剛度較好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但在振動時效時，零件被牢牢束縛在封閉的毛坯中間，無法產(chǎn)生形變，應(yīng)力難釋放；同時，過約束也使零件應(yīng)力無法均化，加之工藝中間件加工余量過大，會使后續(xù)半精加工、精加工階段再次產(chǎn)生大量的切削應(yīng)力，最終會導(dǎo)致零件應(yīng)力去除不充分，成品變形不受控。因此，對工藝中間件結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化，將其工藝夾持筋進(jìn)行減薄并作對稱的鏤空處理，以達(dá)到降低其剛度，破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的目的，確保振動時效時工藝中間件自身的振動效果，以及振動平臺帶動其產(chǎn)生振動。優(yōu)化后的工藝中間件如圖7所示。圖7中，“40”開口的上下槽、“4-25”的三角槽、“51.68”開口的左右槽和精加工加強(qiáng)筋外圈的槽均為鏤空對稱槽，用于應(yīng)力釋放。

圖3 薄壁件加工工藝路線

2.2 振動去應(yīng)力工裝及參數(shù)

2)備料→粗銑→去應(yīng)力→精銑→去應(yīng)力→噴砂→去筋→檢驗(yàn)→(校形)→表面處理。

2.2.1 工裝平臺的設(shè)計(jì)

由于天線腔體為曲面薄壁類零件，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度較弱，尺寸較小，不適合采用直接裝夾方式，因此需要設(shè)計(jì)振動工裝平臺進(jìn)行裝夾，以確保零件能夠穩(wěn)固的安裝在工作臺上，獲得較高能量傳遞效率，并實(shí)現(xiàn)一次處理多件工件。設(shè)計(jì)的頻譜諧波振動時效工裝平臺如圖4所示。該工裝平臺采用鑄鐵材質(zhì)，外形尺寸為1 200 mm×1 200 mm×28 mm。平臺上部采用柵格形結(jié)構(gòu)形式，能夠有效傳遞振動能量；平臺下部設(shè)計(jì)有橡膠隔振墊，有利于減少激振能量損失，降低振動噪聲，使工裝平臺在使用過程中處于自由模態(tài)狀態(tài)；同時，配有相應(yīng)的裝夾輔具，整體通用性較強(qiáng)，適用于天線腔體以及其他小、中型工件的裝夾。

圖4 頻譜諧波振動時效振動工裝平臺示意圖

2.2.2 裝夾方式的確定

激振器采用弓形夾的方式進(jìn)行安裝，此裝夾形式?jīng)Q定了激振器需安裝在工裝平臺的邊緣處，平臺為對稱的正方形結(jié)構(gòu)，2件工藝中間件振動時效處理時在平臺上的裝夾位置對稱(見圖5)，激振器放置于2中間件對稱線上平臺的邊緣處。從布局上對稱裝夾可使結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型對稱(即變形對稱)，激振器的激擾能量能夠均勻地傳遞于兩中間件，避免振動時效處理后2件工藝中間件的處理效果存在較大差異。

3)備料→粗銑→去應(yīng)力→半精銑→去應(yīng)力→精銑→噴砂→去筋→檢驗(yàn)→(校形)→表面處理。

圖5 工件與激振器位置示意圖

2.2.3 工藝參數(shù)的選擇

依據(jù)優(yōu)化后的工藝中間件，完成了天線腔體的第2輪頻譜諧波時效處理，并在時效處理前后對工件進(jìn)行了X射線衍射殘余應(yīng)力測試，測試結(jié)果見表4，應(yīng)力分布曲線及應(yīng)力下降比例圖如圖8所示。根據(jù)檢測情況和圖8可知，其時效情況基本正常，殘余應(yīng)力整體上有明顯的下降，最小下降37.32%，最大下降55.32%。應(yīng)力分布均衡化較好，殘余應(yīng)力分布為-42.00～-58.34 MPa，分布比較穩(wěn)定。但是點(diǎn)1-4和2-1的殘余應(yīng)力變化率為39.68%和37.32%，未達(dá)到項(xiàng)目目標(biāo)值(40%)，點(diǎn)2-2、2-3、2-4的測試結(jié)果也僅僅略微超出40%，因此在工藝過程中仍存在一些問題和改善的空間。

2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

1)備料→銑→去應(yīng)力→噴砂→去筋→檢驗(yàn)→(校形)→表面處理。

其次，構(gòu)建完整的植物群落結(jié)構(gòu)研究體系。針對不同區(qū)域、不同場地的城鄉(xiāng)環(huán)境，將研究視角放在“點(diǎn)”“線”“面”的逐級深化研究，深入研究民居單體與聚落群體之間、植物特性與植被群體組合之間的植物搭配文化，完善本地民居的植物群落結(jié)構(gòu)的搭配文化。

表3 頻譜諧波時效殘余應(yīng)力檢測表

圖6 應(yīng)力分布曲線及應(yīng)力下降比例圖

根據(jù)檢測情況可知，其時效情況不理想，殘余應(yīng)力整體下降和均衡化較低。點(diǎn)1-1、1-2、2-1、2-2測試點(diǎn)的殘余應(yīng)力達(dá)到了40%以上的綜合變化率，但點(diǎn)1-3、1-4、2-3、2-4測試點(diǎn)的殘余應(yīng)力未達(dá)到40%以上的綜合變化率。從圖6可以看出，在時效前殘余應(yīng)力為-16～-81 MPa，時效后殘余應(yīng)力為-5.9～-63 MPa，應(yīng)力分布仍不穩(wěn)定，并且點(diǎn)1-3和點(diǎn)2-4仍存在較大的峰值壓應(yīng)力(-45和-63 MPa)。經(jīng)過分析和論證可知，出現(xiàn)該問題的主要原因是工藝中間模型設(shè)計(jì)不合理，預(yù)留的工藝筋過厚，影響了平臺變形帶動工藝中間件變形產(chǎn)生應(yīng)力，共振變形不均勻，與殘余應(yīng)力疊加效果不好，未完全達(dá)到振動時效效果；因此，通過模態(tài)仿真分析對工藝中間件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)了中間件結(jié)構(gòu)形式，其他工藝參數(shù)的調(diào)試、確定方法以及工件裝夾方式等保持不變。

2.4 改進(jìn)優(yōu)化

結(jié)合初定的3條工藝路線試制結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品報(bào)廢的主要原因在于應(yīng)力二次釋放產(chǎn)生的變形，即使采用了一些去應(yīng)力措施零件變形依然很大，不僅影響了零件的尺寸精度，還對后續(xù)的一系列加工造成了困擾；因此零件制造的關(guān)鍵點(diǎn)就在于應(yīng)力的去除。常規(guī)的應(yīng)力去除(自然實(shí)效)不能滿足產(chǎn)品的需求，為了逐步釋放應(yīng)力，加工工藝仍采用粗銑、半精銑和精銑的遞進(jìn)加工方式，在工藝路線中增加振動去應(yīng)力的工藝手段，以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力的作用。再擬制了如圖3所示的工藝路線進(jìn)行工藝試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)情況再做進(jìn)一步優(yōu)化。

1.2.6 寒暑假期生活狀況 問卷學(xué)生普遍回答在家放松休息，每天的生活都是吃吃睡睡、看電視、玩游戲、會親友；少數(shù)學(xué)生幫助家長做家務(wù)、干農(nóng)活或做點(diǎn)社會兼職；個別學(xué)生利用假期到駕校學(xué)開車、外出旅游，學(xué)習(xí)看書和進(jìn)行體育鍛煉的學(xué)生是極少數(shù)。

圖7 優(yōu)化后的零件中間件示意圖

為確定激振頻率，給工件施加間歇式試振動，對工件進(jìn)行頻譜分析。通過傅里葉分析，在100 Hz頻率內(nèi)尋找工件的低次諧波頻率。由設(shè)備自動優(yōu)選出了7個諧波頻率(77、82、75、78、84、52和48 Hz)，滿足GB/T 25712《振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法》和QJ 20254—2012《中華人民共和國航天振動標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，可在其中任選5個諧波頻率進(jìn)行樣件的試振和調(diào)試。

表4 頻譜諧波時效殘余應(yīng)力檢測表

圖8 應(yīng)力分布曲線及應(yīng)力下降比例圖

3 深冷處理去應(yīng)力工藝研究

3.1 工藝路線確定

經(jīng)過分析，改進(jìn)后的工藝中間件取得了較好的改良效果，有幾個點(diǎn)殘余應(yīng)力下降幅度不充分，將在半精銑之后再利用熱處理的手段釋放、均化內(nèi)應(yīng)力，消除零件的應(yīng)力變形，以獲得良好的幾何尺寸和幾何精度。鑒于鋁合金薄壁零件在固溶強(qiáng)化過程中的工藝特點(diǎn)，基本排除采用高溫去應(yīng)力退火的可能性，而通過機(jī)械冷壓、壓縮或振動等應(yīng)力消除方法對薄壁件的處理極易產(chǎn)生二次接觸應(yīng)力變形。根據(jù)相關(guān)鋁合金薄壁零件的特性，選用深冷處理作為釋放、均化內(nèi)應(yīng)力以提高零件的尺寸穩(wěn)定性。根據(jù)上述驗(yàn)證分析，對工藝路線重新做了調(diào)整，調(diào)整后的工藝路線如圖9所示。

圖9 優(yōu)化后的薄壁件加工工藝路線

3.2 設(shè)備優(yōu)化

針對薄壁零件擺放的特殊需求，對深冷系統(tǒng)進(jìn)行了改良，其中，深冷操作箱需要根據(jù)薄壁零件外形配置針對性的隨爐夾具，而溫度傳感器也按溫度調(diào)節(jié)要求改良可控精度范圍。改良后的深冷設(shè)備如圖10所示。

圖10 改良后的深冷箱系統(tǒng)圖

3.3 參數(shù)優(yōu)化

工廠現(xiàn)有的經(jīng)典深冷工藝參數(shù)曲線如圖11所示，用于常規(guī)零件的應(yīng)力釋放?？紤]到試驗(yàn)所選擇的異型薄壁零件結(jié)構(gòu)的特殊性，對常規(guī)深冷曲線進(jìn)行優(yōu)化，采用階梯溫度進(jìn)行“降溫→保溫→降溫”的步驟(見圖12)，擬防止突然降溫導(dǎo)致薄壁件變形，同時最大化地去除零件的應(yīng)力。

圖11 常規(guī)深冷工藝參數(shù)曲線

圖12 優(yōu)化后的深冷工藝參數(shù)曲線

零件深冷處理后，考慮到天線罩和腔體加工所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和部位均不同，導(dǎo)致變形方式的嚴(yán)重程度不一樣，二者加工完成后孔與孔之間的配合有較大的偏差，影響裝配精度，精加工時不加工出天線腔體的配合孔，僅加工出兩端與天線罩的配合孔用于天線腔體和天線罩粘貼時配合，精加工完成后去掉工藝筋，進(jìn)行噴砂和表面處理，為后期和天線罩粘接做前期準(zhǔn)備。

然而，有相當(dāng)多的化學(xué)家不認(rèn)可這一發(fā)現(xiàn)。瑞利和拉姆塞對氬氣做了更深入的實(shí)驗(yàn)研究，證明了氬氣原來就包含在空氣中，其化學(xué)特性極不活潑：把氬與其他氣體、固體或液體混合在一起加熱或者通電，都未發(fā)生任何化合和分解現(xiàn)象，它是化學(xué)性質(zhì)不同于其他元素的惰性元素；用物理法測得氬的恒壓熱容Cp與恒容熱容Cv之比為1.653，從而推知?dú)鍨閱卧臃肿?，原子量?0。他們無可辯駁地確證了新元素氬的客觀存在。

4 結(jié)語

通過在共形薄壁零件粗加工后引入振動去應(yīng)力工藝技術(shù)后能有效地消除大量的殘余應(yīng)力，半精加工后進(jìn)一步結(jié)合針對此類零件優(yōu)化后的深冷處理，可以進(jìn)一步消除因切削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使零件后期變形問題得到了很好的改善，提高了零件的合格率，為工廠帶來了較好的效益。