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摘要：所有的航空铝合金材料在制备毛坯、加工零件、热处理以及装配过程中由于材料内部结构的不均匀常常会引起不同程度航空铝合金的残余应力。由于残余应力直观性比较差，不容易被检测出来等原因，在加工过程中经常被忽略。残余应力对航空铝合金件加工过程中的精度、尺寸、疲劳强度以及腐蚀开裂程度等都会造成比较大的影响。承力件与转动件上的残余应力可能会导致特别严重的影响。近年来我国投入了很大的人力和物力对航空铝合金残余应力的消除及切削加工时如何控制变形进行了深度的研究。在航空铝合金的加工过程中，残余应力会严重影响到航空零件的加工精度，并且会影响到其性能和使用寿命。所以，积极研究航空铝合金残余应力的消除以及切削加工时变形的控制，改进航空结构件的加工过程工艺，减少残余应力的不利影响，延长结构件的使用期收寿命是很有必要的。本篇文章研究了航空铝合金残余应力及切削加工变形的基本原理，并且阐述和比较了残余应力测量方法以及调整与消除的手段，最后提了一些建议，给进一步研究提供参考及借鉴。
关键词：残余应力；切削加工变形；检测方法；消除方法
一、残余应力的含义和残余应力的分类
1.1 残余应力的含义
在物体没有外力作用的时候，使得物体内部保持平衡的应力被称为固有应力，残余应力是固有应力的一种。
1.2 残余应力的分类
1.2.1 宏观应力和微观应力
宏观应力同时也叫做第一类残余应力，往往存在于较大材料和较多晶粒范围里面，而且是相互平衡的，在实际生产过程中关注较多。一般采用机械和物理的方法检测残余应力的大小和方向。宏观残余应力对航空铝合金结构件的尺寸和产品最终性能会造成很大的影响。微观应力包括第二类残余应力和第三类残余应力，第二类残余应力存在于晶粒的范围内，第三类残余应力存在于晶粒内部的粒子间。
1.2.2 体积应力和结构应力
依据残余应力产生原因的不同分为体积应力和结构应力。航空铝合金结构件受到外部不均匀作用力而产生体积应力，受到结构件内部不均匀的作用力而产生结构应力。
1.2.3 残余拉应力和残余压应力
依据残余应力表现形式的差异分为残余拉应力和残余压应力。航空铝合金结构件使用时会承受载荷，当外部的载荷与内部残余应力发生共作用时，就会使实际承受载荷变大，配件易过载断裂，从而产生严重的后果。残余拉应力会导致配件的表面产生裂纹并逐渐变大，从而影响配件疲劳强度与稳定等。相反，残余压应力会提高配件的抗疲劳强度和稳定性，所以航空铝合金残余应力的研究意义深远。
二、航空铝合金切削加工过程和残余应力产生的机理
2.1 航空铝合金切削过程
航空铝合金切削时，材料被前刀面推挤剪切形成切屑。在加工的时候，切削层的金属会逐渐变形，伴随着大量热的产生。
2.2 残余应力产生的机理
在切削加工的过程中，机械应力和热应力产生的塑性变形都影响着残余应力的产生。航空铝合金切削过程中，随着刀具的运动，刀尖接触点会产生压缩塑性变形和拉伸塑性变形，后刀面也会发生挤压和摩擦，使得航空铝合金结构件变长同时产生压缩残余应力并发生叠加。
航空铝合金配件在切削过程中，变形区因摩擦和塑性变形将产生大量的热量进而产生残余应力。热量散发的不及时，会导致配件产生膨胀变形，进而产生塑性变形。航空铝合金结构件在加工完成时，和室温一致时，配件的表层会产生拉伸残余应力。进行航空铝合金配件的加工过程中，配件表面残余应力是机械应力与残余应力一起叠加的。所以在配件的加工过程产生的残余应力比较复杂。
三、切削加工的残余应力导致变形的检测及消除方法
3.1 检测残余应力的方法
检测航空铝合金结构件加工完成后的残余应力的方式有：有损检测法、无损检测法。有损检测法的具体办法是把配件部分位置的残余应力进行释放，通过测量计算尺寸变化的检测方式。有损检测法包括取条法、切槽法、钻孔法。由于有损检测法会对被测结构件造成一定的损伤，造成有损检测法应用范围小、发展前景不好。无损检测法一般是用光学和物理技术测量配件内部物理常量发生的变化从而间接计算出物体内部残余应力值的检测方式。无损检测包括X射线衍射法、磁性法以及超声波法。其中X射线衍射法大量的被利用于机械工程以及材料学方面，是最精确和便捷的，不会对被测的配件产生任何损伤与破坏。磁性法包括磁噪声法和磁应变法。使用这种方法的时候，被测材料需要是铁磁性材料，所以会受到一定的限制，但是测试的设备便于携带和现场操作，测量结果出的快，可应用在大型铁磁性配件的残余应力检测上。超声波法测量深度较深，但是精度略微低一些、可靠性不高，目前技术发展还不成熟。除上述三种检测方式外，还有一些检测方式，可结合实际情况进行选择和使用。
3.2 切削加工的残余应力消除方法
航空铝合金切削加工的残余应力会使得结构件加工精度不高，使用性能变差，使用寿命变短。所以需要使用一些技术来降低或消除残余应力。第一，结构件的合理设计，工艺技术的改进。第二，自然时效处理，此方法耗时长，应力消除效果小。第三，人工时效处理，这种方法实用度较高，效果好，但会使材料材质发生一定变化，时效成本高，不环保。第四，振动时效处理。这种方法是使用机械共振来消除或者平均金属配件在机械加工后的残余应力。此方式效果最好，设备简单便捷，并且节能环保。第五，局部塑性变形法，精度要求低的零件可以使用这种办法来消除残余的应力。
结束语
航空铝合金残余应力是金属在被加工过程中同时受到机械应力以及热应力两种应力所产生的结果，应力的检测是很重要的，其中射线检测是最简单和稳定有效的方法。切削加工中残余应力消除对于提升产品质量，提高产品寿命有很大益处，应用最广的人工时效法不仅效果好并且效率高，而振动时效法是比较经济和环保的，消除效率较高，应用也较为广泛，是未来研究的重点。
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