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(shí)效工藝的對比工藝試驗(yàn)，驗(yàn)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(qiáng)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(shí)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(shí)例。
關(guān)鍵詞：振動應(yīng)力振動時(shí)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(qiáng)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(shí)，不能采用熱處理退火工藝方法，只能采用低溫時(shí)效消除應(yīng)力，而低溫時(shí)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(shí)，采用多工序小吃刀量加工，并進(jìn)行多次低溫?zé)崽幚頃r(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)在線消除應(yīng)力、處理時(shí)間短、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)理
對于振動過程的機(jī)理，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)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(shí)，這些點(diǎn)晶格滑移，產(chǎn)生微小的塑性變形，達(dá)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(yùn)動中，由于殘余應(yīng)力的影響，這些原子處于不平衡運(yùn)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(shí)效就是給金屬構(gòu)件提供機(jī)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(shí)效的過程，實(shí)質(zhì)上是金屬材料內(nèi)部晶體位錯(cuò)運(yùn)動、增殖、塞積和纏結(jié)的過程。由于金屬材料存在位錯(cuò)，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(cuò)滑移，出現(xiàn)微小塑性變形。位錯(cuò)滑移是單向進(jìn)行線性累積的，當(dāng)微應(yīng)變累積到一個(gè)宏觀量，金屬組織內(nèi)殘余應(yīng)力較大處的位錯(cuò)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(dá)到平衡。位錯(cuò)塞積后造成位錯(cuò)移動受阻，從而強(qiáng)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(yàn)
3.1試驗(yàn)?zāi)康?
開展振動消除應(yīng)力工藝研究和試驗(yàn)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(jìn)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(shí)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(yàn)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(yàn)法，選擇典型結(jié)構(gòu)試件，進(jìn)行振動消除應(yīng)力、熱處理消除應(yīng)力和不進(jìn)行消除應(yīng)力三種情況下的加工試驗(yàn)，實(shí)際測量各種情況下的變形量，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對振動消除應(yīng)力進(jìn)行評價(jià)