振动时效在铝合金薄壁件加工过程中的应用

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1、RESEARCH学术论文振动时效在铝合金薄壁件加工过程中的应用梁岩里，谢飞，左彬，田姜斌(航天五院北京卫星制造厂，北京100086)[摘要】介绍了振动时效法消除残余应力的机理，通过进行振动前后残余应力测试，验证了振动时效在铝合金薄壁件加工中的有效性，通过进行振动时效在薄壁件加工过程中的工艺，运用试验，得出振动时效在薄壁件加工中的应用方案。关键词：薄壁件；振动时效；残余应力ApplicationoftheVSRinMachiningProcessofAluminumAHoyThin-WalledPartsLIANGYanli，XIEFei，ZUOBin，TIANJia

2、ngbin(BeijingSpacecrafts，ChinaAcademyofSpaceTechnology,Bering100086，China)【ABSTRACT】Themechanismofvibrationstressrelief(VSR)isintroduced，andtheresidualstressinthin—walledpansbeforeandafterVSRismeasuered，whichvalidatedtheeffectivenessofVSRinmachiningprocessofaluminumalloythin—walledpart

3、s．TherelievingstressschemeofVSRusedinthin-walledpartsmachiningwasdrawnwithprocessingexpefi—mentthatVSRisusedintheprocessingofthin—walledparts．Keywords：Thin-wailedparts；VSR；ResidualstressDOI：10．16080a．issnl671·833x．2016．06．085高强度铝合金精密薄壁支架类零件由于比强度高、相对重量较轻等优点，广泛应用于卫星和飞船等航天器结构机构中。由于该类零件材料加

4、工应力大，容易产生加工变形，加工精度难以保证。零件在加工过程中需进行消除应力处理，以减小加工变形。薄壁支架在以往的加工中，通常采用多工序间多次进行热时效消除应力的方式。由于多次热时效后材料性能将发生改变，影响零件使用。而零件进行热时效次数少，则应力去除效果不理想，不能彻底消除零件的残余应力或使应力分布匀化，无法满足加工精度要求。振动时效法消除残余应力与传统的热时效和自然时效11-21相比，具有节省能源、效率高、适应性强、使用方便等特点，并且能进行多次时效。本文选取航天器典型薄壁件(图1)作为研究对象，对振动时效消除残余应力的机理，在铝合金薄壁件加工中的应用效果及工艺

5、运用进行研究，获得振动时效在薄壁件加工中的应用方案。1振动时效机理振动时效(VSR)消除残余应力使工件获得尺寸稳定性的机理可以从宏观和微观两方面解释：宏观上，当盯动+盯残≥毋时(盯动为激振器施加给工件的周期性动图1典型薄壁件Fig．1Typicalthin-walledDarts应力，盯姥为残余应力，略为材料屈服强度极限)，工件会产生少量的塑性变形，使残余应力峰值下降，原来不稳定的残余应力得到松弛和匀化。同时由于包辛格效应，经一定时间循环后，工件材料的当量屈服强度由原来的以上升，直到与所受的应力相等，工件内部不再产生新的塑性变形，此时塑性变形变成弹性变形，工件的弹性

6、性能得到强化，从而使工件的几何尺寸趋于稳定。微观上，因金属具有将机械能转变成热能的性质，即使在盯动+盯残≤％时，也会产生微观的塑性变形。其机2016年第6期·航空制造技术85学术论文RESEARCH理为：由振动输入的活化能使位错移动，在位错塞积群的前沿引起应力集中而产生塑性变形；同时，迁移的位错切割位错群，以致使位错钉扎，材料基体得到强化，使松弛刚度增大，工件获得尺寸稳定性Ⅲ。2振动时效在薄壁件加工中的去应力效果及工艺应用试验本文选用的薄壁支架材料为2A14T4，零件外形尺寸为280mm×280mm×100ram，壁厚为3mm，其精度要求为底面平面度不大于O．08m

7、m，底面与侧面垂直度不大于0．15mm。该支架在加工过程中，由于壁薄，刚性弱，材料应力大，加工精度要求高，加工变形造成不合格率达到85％以上。本文通过进行振动前后零件残余应力测量，从数值上分析振动时效的效果，并进行振动时效工序应用试验分析，获得振动时效在薄壁件加工过程中的应用方案。2．1振动时效去应力效果分析试验振动前后残余应力的测量被作为评定时效工艺效果的主要手段。残余应力的测量方法主要分为无损测量法和有损测量法。无损测量法中常用的x射线仅能测量深度为微米级，易受表层加工影响，准确度不高的零件。故本试验采用常用的有损测量法——盲孔法(图2)进行残余应力测量。为