振动消除应力的研究.pdf

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1、综述2008年6月第3期振动消除应力技术应用研究北京卫星制造厂赵长喜摘要分析并讨论了振动消除应力技术的基本原理，通过振动消除应力与传统的热处理时效工艺的对比工艺试验，验证了振动消除应力在铝合金零件加工中的消除应力控制变形的有效性，对于高强铝合金小型薄壁结构件和大型结构件，效果优于热处理时效消除应力，并给出了振动消除应力技术在航天器大型铸件、精密零部件、大型零部件加工中的应用实例。关键词振动应力振动时效1引言对于振动过程的机理，国内外已经进行了大量的研究工作，取得以下的共识。振动就是对金属构卫星和飞船等航天器金

2、属薄壁结构零部件多采件施加周期性的作用力（动应力σ动）。在振动过程用LY12CZ、LD10CS和LC9CZ等高强度铝合金，由中，施加到金属构件各部分的动应力σ动与内部残余于此类材料加工应力较大，在加工过程中极易变形。应力σ残叠加，当叠加幅值大于金属构件的屈服极限在加工过程中，为了不改变材料的状态，不降低材料σｓ，即σ动+σ残≥σｓ时，这些点晶格滑移，产生微小的性能，在工件消除应力时，不能采用热处理退火工的塑性变形，达到释放残余应力的目的。艺方法，只能采用低温时效消除应力，而低温时效温从微观上看，只要温度在绝对

3、零度以上，金属原度低，应力去除效果不理想。目前在半精加工和精加子始终处于运动中，由于残余应力的影响，这些原子工时，采用多工序小吃刀量加工，并进行多次低温热处于不平衡运动状态。但它们力求回复平衡位置，这处理时效的工艺方案。而多次热处理会降低材料的性就需要能量。振动时效就是给金属构件提供机械能，能（原则上热处理次数不超过3次）。使约束金属原子复位的残余应力释放，加快金属原子尽管采取以上措施，仍不能彻底消除零件的残余回复平衡位置的速度。应力或使应力分布均匀化以保证产品质量的稳定性，从金属物理学上看，振动时效的过程，

4、实质上是造成零件加工变形，加工精度和表面质量差，工艺稳金属材料内部晶体位错运动、增殖、塞积和缠结的过定性和产品一致性差，导致零件成品率低，且工时长，程。由于金属材料存在位错，所以在构件内部产生的工序繁多，产品生产率低，成为制约产品工艺定型和交变动应力与内部的残余应力相互叠加，在应力较高卫星结构小批量生产和组批生产的关键问题。的区域，就可产生位错滑移，出现微小塑性变形。位振动消除应力技术与常规的热处理退火、时效工错滑移是单向进行线性累积的，当微应变累积到一个艺相比，具有设备简单、对环境无特殊要求、适应范宏观量，

5、金属组织内残余应力较大处的位错塞积得以围广、可实现在线消除应力、处理时间短、成本低等交替开通，局部较大残余应力得以释放，构件宏观内优点，在航天器的研制中具有广泛的应用前景，特别应力随之松弛，使残余应力的峰值下降，改变了构件是对目前航天产品的小批量生产意义更加重大。原有的应力场，最终使构件的残余应力降低并重新分布，使较低的应力达到平衡。位错塞积后造成位错移2振动消除应力的机理动受阻，从而强化了基体，提高了构件抗变形能力，使构件的尺寸精度趋于稳定。作者简介：赵长喜（1970-），研究员，机械制造工艺与设备专业和通

6、信与信息系统专业；研究方向：空间飞行器制造工艺。收稿日期：2008-04-0244综述航天制造技术边留3mm余量）、半精加工（单边留1mm余量）、精3振动消除应力工艺试验加工等工序。a.不做消除应力加工试验（试件1-1）3.1试验目的试件1-1加工工艺流程如下：开展振动消除应力工艺研究和试验工作，旨在寻下料粗加工半精加工精加工求一种新的消除应力的工艺方法，一是解决大型结构件无法进行热处理消除应力的工艺问题；二是解决小型薄壁结构件加工变形问题，最终实现提高薄壁复杂结构零部件的加工精度，缩短研制周期的目的。图2试

7、件1-1（粗加工后）3.2试验方法由于有色金属残余应力测量比较困难，目前尚无b.热处理消除应力加工试验（试件1-2）比较理想的测量方法，因此，采用对比试验法，选择试件1-2加工工艺流程如下：典型结构试件，进行振动消除应力、热处理消除应力和不进行消除应力三种情况下的加工试验，实际测量热处理消热处理消下料粗加工半精加工精加工除应力除应力各种情况下的变形量，并对这些数据进行分析，对振动消除应力进行评价。其中热处理采用的是铝合金时效处理（不能采用3.3高强铝合金小型薄壁结构件试验退火处理，否则材料性能会下降很多）。选

8、择加工变形大的结构和材料作为试验件。材料：2A12（LY12）；状态：热轧，CZ；结构：薄壁盒形结构（160mm×350mm×10mm，图3试件1-2（精加工）壁厚2mm），见图1。c.振动消除应力加工试验（试件1-3）试件1-3加工工艺流程如下：振动消除振动消除下料粗加工半精加工精加工应力应力图1高强铝合金小型薄壁结构件试验件为了保证试验数据的有效性，所有试件均采用相图4试件1-3（精加工）同的材