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

1 引言

衛星和飛船等航天器金屬薄壁結構零部件多采用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，不降低材料的性能，在工件消除應力時，不能采用熱處理退火工藝方法，只能采用低溫時效消除應力，而低溫時效溫度低，應力去除效果不理想。目前在半精加工和精加工時，采用多工序小吃刀量加工，并進行多次低溫熱處理時效的工藝方案。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力或使應力分布均勻化以保證產品質量的穩定性，造成零件加工變形，加工精度和表面質量差，工藝穩定性和產品一致性差，導致零件成品率低，且工時長，工序繁多，產品生產率低，成為制約產品工藝定型和衛星結構小批量生產和組批生產的關鍵問題。

振動消除應力技術與常規的熱處理退火、時效工藝相比，具有設備簡單、對環境無特殊要求、適應范圍廣、可實現在線消除應力、處理時間短、成本低等優點，在航天器的研制中具有廣泛的應用前景，特別是對目前航天產品的小批量生產意義更加重大。

2 振動消除應力的機理

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

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，由于殘余應力的影響，這些原子處于不平衡運動狀態。但它們力求回復平衡位置，這就需要能量。振動時效就是給金屬構件提供機械能，使約束金屬原子復位的殘余應力釋放，加快金屬原子回復平衡位置的速度。

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

3 振動消除應力工藝試驗

3.1試驗目的

開展振動消除應力工藝研究和試驗工作，旨在尋求一種新的消除應力的工藝方法，一是解決大型結構件無法進行熱處理消除應力的工藝問題；二是解決小型薄壁結構件加工變形問題，最終實現提高薄壁復雜結構零部件的加工精度，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，選擇典型結構試件，進行振動消除應力、熱處理消除應力和不進行消除應力三種情況下的加工試驗，實際測量各種情況下的變形量，并對這些數據進行分析，對振動消除應力進行評價