某廠新研發(fā)了一款W型大功率電噴柴油機，在進行性能試驗后，對機體尺寸精度及各項形位公差進行重新檢測，發(fā)現(xiàn)機體變形嚴重。而產生變形的原因之一就是殘余應力，殘余應力主要包括機體鑄件殘余應力和冷加工殘余應力的矢量和，所以需要對柴油機機體進行消除殘余應力處理。經過多次研究討論后，決定采用振動時效工藝消除機體殘余應力，并對振動時效前后的殘余應力值進行檢測，定量判斷振動時效效果。

柴油機機體結構

柴油機機體是V型結構，油管為襯管鑄造，外形尺寸為4500*1480*1390，機體材料為球墨鑄鐵。W型柴油機機體是一個滿足最大強度和剛度設計的整體鑄造件，用來安裝曲軸、凸輪軸、動力組和其他安裝在柴油機上的附件，鑄件還包括安裝座。內部通道有主機油道和冷卻水通道。

退火并粗加工后機體殘余應力測試

盲孔法是常用的殘余應力測試方法之一，易于現(xiàn)場操作，精度高。本次采用盲孔法對退火并粗加工后機體進行殘余應力測試，儀器為聚航科技生產的JHMK殘余應力測試系統(tǒng)。

試件的選取

隨機取一臺經過退火處理并經過粗加工的柴油機體，粗加工后機體留量2mm作為測試的試件。

測點布置

在機體的側面、頂面及斷面各布置9個測點，測得的的數(shù)據(jù)見表1。

表1  w型柴油機機體應力檢測

殘余應力數(shù)據(jù)分析

由表1可知，粗加工后機體內應力水平不算太高，但是有個明顯的特點，即應力分布不均勻，如垂直機體長度的方向的應力ε_⊥中，第9點為-300MPa，而最小的第6點只有-119MPa。這種不均勻分布是造成結構易變形的根源，需要粗加工后進行處理，降低均勻殘余應力。

振動時效工藝

根據(jù)機體長寬高比率的結構特點，分析它的共振頻率較高。根據(jù)結構動力學的原理，工作時其支撐位置應盡量選在機體共振時的節(jié)線處，以保證工件共振時不消耗能量和產生噪聲。根據(jù)國內外振動時效工藝的實踐經驗，當工件的長與寬之比大于3，長與厚之比大于5時，則認為工件是梁型，在機體一側距兩端各2/9處用兩位支撐，機體另一側居中處用一位支撐。

將激振器裝夾在輸出端臺面右側，拾振器放在工件左前端。

振動時效工藝參數(shù)的選擇

設備采用聚航科技的JH-300A振動時效設備，將機體放置好，然后將激振器剛性固定連接到振動時效設備上。調整激振力的檔級，開始放在最小為宜。根據(jù)初步估算，動應力較大的點在工件前端，打磨并安裝拾振器，上述準備工作完成后，開始選擇振動時效工藝參數(shù)，過程如下：

1. 使用該設備的手動調頻，同時觀察控制器繪制的曲線。當機體出現(xiàn)共振現(xiàn)象時，振幅頻率將出現(xiàn)一個波峰，動應力的曲線也將出現(xiàn)一個最大值，一直掃頻到設備的額定頻率。

2. 觀察在設備允許的范圍內機體出現(xiàn)的共振次數(shù)及其共振頻率和在共振情況下動應力的最大值。

3. 觀察在每個共振頻率下機體的共振形式，以調整支撐位置到節(jié)線上。在停機后再適當調整激振器的位置，使機體產生最大的振幅。并根據(jù)動應力測試的結果，多次反復調整激振器的偏心檔級。

4. 根據(jù)上述試振情況，確定了試驗性振動處理工藝參數(shù)，包括激振頻率。激振檔級等主要參數(shù)作為試振時的處理參數(shù)；

5. 最后是試振，用上述方法選擇的參數(shù)對被試油底殼進行全程振動時效處理，觀察振動加速度的變化規(guī)律，時間-振幅曲線應是上升、上升-下降、下降型三種中的一種，振幅-頻率曲線上的共振峰應該是升高并左移，如果均符合要求，則該組曲線即可作為機體初定工藝參數(shù)。

柴油機機體取兩件，其中一件做工藝參數(shù)的選擇，另一件是用反復試振選擇一組參數(shù)處理，并做振前振后的殘余應力測試，得出消除率來檢驗參數(shù)的合理性，最終確定工藝參數(shù)。

殘余應力數(shù)據(jù)分析

對振動處理后的機體做殘余應力測試，結果見表2。從數(shù)據(jù)中可知，振動時效處理后機體的殘余應力得到了降低，應力得到明顯的均化。其降低率在40%以上，說明達到了標準，振動處理有效。

表2  W型柴油機機體振動時效前后殘余應力數(shù)值

總結

1. 鑄件中的殘余應力是造成鑄件變形和開裂的主要原因之一。研究表明，粗加工后的柴油機機體采用振動時效處理工藝，可有效地降低柴油機機體鑄件的殘余應力，完全符合GB/T25713-2010標準要求。

2. 通過振動時效處理，降低鑄件中的殘余應力，有效地防止了柴油機機體的變形，可用于W型柴油機機體批量生產中。