分析并討論了振動消除應(yīng)力技術(shù)的基本原理，通過振動消除應(yīng)力與傳統(tǒng)的熱處理時效工藝的對比工藝試驗，驗證了振動消除應(yīng)力在鋁合金零件加工中的消除應(yīng)力控制變形的有效性，對于高強鋁合金小型薄壁結(jié)構(gòu)件和大型結(jié)構(gòu)件，效果優(yōu)于熱處理時效消除應(yīng)力，并給出了振動消除應(yīng)力技術(shù)在航天器大型鑄件、精密零部件、大型零部件加工中的應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞：振動應(yīng)力振動時效

1 引言

衛(wèi)星和飛船等航天器金屬薄壁結(jié)構(gòu)零部件多采用LY12CZ、LD10CS和LC9CZ等高強度鋁合金，由于此類材料加工應(yīng)力較大，在加工過程中極易變形。在加工過程中，為了不改變材料的狀態(tài)，不降低材料的性能，在工件消除應(yīng)力時，不能采用熱處理退火工藝方法，只能采用低溫時效消除應(yīng)力，而低溫時效溫度低，應(yīng)力去除效果不理想。目前在半精加工和精加工時，采用多工序小吃刀量加工，并進行多次低溫?zé)崽幚頃r效的工藝方案。而多次熱處理會降低材料的性能（原則上熱處理次數(shù)不超過3次）。

盡管采取以上措施，仍不能徹底消除零件的殘余應(yīng)力或使應(yīng)力分布均勻化以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，造成零件加工變形，加工精度和表面質(zhì)量差，工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性差，導(dǎo)致零件成品率低，且工時長，工序繁多，產(chǎn)品生產(chǎn)率低，成為制約產(chǎn)品工藝定型和衛(wèi)星結(jié)構(gòu)小批量生產(chǎn)和組批生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

振動消除應(yīng)力技術(shù)與常規(guī)的熱處理退火、時效工藝相比，具有設(shè)備簡單、對環(huán)境無特殊要求、適應(yīng)范圍廣、可實現(xiàn)在線消除應(yīng)力、處理時間短、成本低等優(yōu)點，在航天器的研制中具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是對目前航天產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)意義更加重大。

2 振動消除應(yīng)力的機理

對于振動過程的機理，國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量的研究工作，取得以下的共識。振動就是對金屬構(gòu)件施加周期性的作用力（動應(yīng)力σ動）。在振動過程中，施加到金屬構(gòu)件各部分的動應(yīng)力σ動與內(nèi)部殘余應(yīng)力σ殘疊加，當(dāng)疊加幅值大于金屬構(gòu)件的屈服極限σｓ，即σ動＋σ殘≥σｓ時，這些點晶格滑移，產(chǎn)生微小的塑性變形，達到釋放殘余應(yīng)力的目的。

從微觀上看，只要溫度在絕對零度以上，金屬原子始終處于運動中，由于殘余應(yīng)力的影響，這些原子處于不平衡運動狀態(tài)。但它們力求回復(fù)平衡位置，這就需要能量。振動時效就是給金屬構(gòu)件提供機械能，使約束金屬原子復(fù)位的殘余應(yīng)力釋放，加快金屬原子回復(fù)平衡位置的速度。

從金屬物理學(xué)上看，振動時效的過程，實質(zhì)上是金屬材料內(nèi)部晶體位錯運動、增殖、塞積和纏結(jié)的過程。由于金屬材料存在位錯，所以在構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的交變動應(yīng)力與內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互疊加，在應(yīng)力較高的區(qū)域，就可產(chǎn)生位錯滑移，出現(xiàn)微小塑性變形。位錯滑移是單向進行線性累積的，當(dāng)微應(yīng)變累積到一個宏觀量，金屬組織內(nèi)殘余應(yīng)力較大處的位錯塞積得以交替開通，局部較大殘余應(yīng)力得以釋放，構(gòu)件宏觀內(nèi)應(yīng)力隨之松弛，使殘余應(yīng)力的峰值下降，改變了構(gòu)件原有的應(yīng)力場，最終使構(gòu)件的殘余應(yīng)力降低并重新分布，使較低的應(yīng)力達到平衡。位錯塞積后造成位錯移動受阻，從而強化了基體，提高了構(gòu)件抗變形能力，使構(gòu)件的尺寸精度趨于穩(wěn)定。

3 振動消除應(yīng)力工藝試驗

3.1試驗?zāi)康?

開展振動消除應(yīng)力工藝研究和試驗工作，旨在尋求一種新的消除應(yīng)力的工藝方法，一是解決大型結(jié)構(gòu)件無法進行熱處理消除應(yīng)力的工藝問題；二是解決小型薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形問題，最終實現(xiàn)提高薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的加工精度，縮短研制周期的目的。

3.2試驗方法

由于有色金屬殘余應(yīng)力測量比較困難，目前尚無比較理想的測量方法，因此，采用對比試驗法，選擇典型結(jié)構(gòu)試件，進行振動消除應(yīng)力、熱處理消除應(yīng)力和不進行消除應(yīng)力三種情況下的加工試驗，實際測量各種情況下的變形量，并對這些數(shù)據(jù)進行分析，對振動消除應(yīng)力進行評價