大型薄壁零件制造過程殘余應(yīng)力釋放工藝裝置及釋放方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天構(gòu)件制造領(lǐng)域，特別是一種飛機(jī)大型薄壁零件制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝及應(yīng)力釋放方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)機(jī)翼構(gòu)件的形貌及其裝配應(yīng)力直接影響了飛機(jī)的可靠性和安全性，因此需要對其加工制造過程進(jìn)行嚴(yán)格地質(zhì)量控制。其中，飛機(jī)大型薄壁零件在毛坯制備、淬火、銑削加工等過程中會產(chǎn)生初始?xì)堄鄳?yīng)力分布場，并產(chǎn)生初始變形。將具有初始變形的機(jī)翼薄壁件與其他零件進(jìn)行裝配后，殘余應(yīng)力場將發(fā)生變化并保留在構(gòu)件中，影響產(chǎn)品的服役性能，因此，在構(gòu)件機(jī)械加工完成后，通過釋放構(gòu)件內(nèi)部的殘余應(yīng)力來減小構(gòu)件的初始變形和裝配應(yīng)力，有益于飛機(jī)的疲勞強(qiáng)度和壽命的提高。
[0003]目前，傳統(tǒng)的金屬構(gòu)件殘余應(yīng)力釋放方法有自然時(shí)效、熱處理時(shí)效、敲擊時(shí)效、振動時(shí)效等。自然時(shí)效降低的殘余應(yīng)力不大，且生產(chǎn)周期長，占用場地大，不易管理，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)的缺陷，已逐漸被淘汰。熱時(shí)效工藝要求嚴(yán)格，保溫時(shí)間過長，會引起石墨化，構(gòu)件強(qiáng)度降低。升溫速度過快，構(gòu)件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多，構(gòu)件各部分的溫差急劇增大，會造成附加溫度應(yīng)力。降溫不當(dāng)，會使時(shí)效效果大為降低，甚至產(chǎn)生與原殘余應(yīng)力相同的溫度應(yīng)力，并殘留在構(gòu)件中，從而破壞了已取得的熱時(shí)效效果。錘擊時(shí)效主要用于焊接殘余應(yīng)力釋放過程，由于錘擊的不規(guī)范，錘擊力的大小、頻率不可控，因此效果難以保證。振動時(shí)效是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下，使工件自身產(chǎn)生共振，進(jìn)而使其內(nèi)部歪曲的晶格，產(chǎn)生滑移而恢復(fù)平衡，釋放內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其尺寸穩(wěn)定，在以上幾種應(yīng)力釋放方法中效果較好。但傳統(tǒng)振動時(shí)效的缺陷是振動力、振動頻率以及振動的方向不可調(diào)，無法很好的應(yīng)用于變截面、變厚度以及帶有孔特征的工件。
[0004]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種大型薄壁零件制造過程殘余應(yīng)力釋放工藝裝置及釋放方法，消除傳統(tǒng)振動時(shí)效的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種飛機(jī)大型薄壁零件制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝，并以期通過此工裝在不損傷薄壁件結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)對薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放；實(shí)現(xiàn)薄壁件在飛機(jī)裝配中的低應(yīng)力裝配。
[0006]本發(fā)明提供一種飛機(jī)大型薄壁零件制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝，工裝特征在于:包括底座平臺、安裝支架、支架定位塊、工件支撐定位塊，夾緊裝置、磁力振動裝置。所述底座平臺為矩形結(jié)構(gòu)，用于組件在平臺上的安裝；定義所述底座平臺的長度方向?yàn)榭v向，寬度方向?yàn)闄M向，垂直于底座平臺的方向?yàn)樨Q向；在所述底座平臺上設(shè)置有有橫向和縱向支架定位塊，并且沿平臺縱向設(shè)置有多個(gè)夾緊裝置。
[0007]優(yōu)選地，所述支架定位塊安裝于底座平臺上，可分別沿橫向和縱向滑動，根據(jù)安裝支架所需放置的位置進(jìn)行調(diào)整，起到對安裝支架進(jìn)行空間定位的作用。
[0008]優(yōu)選地，所述橫向和縱向定位塊通過磁力吸附在底座平臺上，底座平臺上設(shè)計(jì)有刻度，定位塊可以在平臺上進(jìn)行位置調(diào)整，調(diào)整到合適位置時(shí)開啟磁力開關(guān)，使其吸附在平臺上即可。
[0009]優(yōu)選地，所述安裝支架在底座平臺上完成定位后，固定在底座平臺上，用于薄壁零件和磁力振動裝置的安裝。
[0010]優(yōu)選地，所述工件支撐定位塊設(shè)置在安裝支架內(nèi)部底面，可依靠磁力吸附在底面，定位塊高度可以調(diào)節(jié)，起到對薄壁零件的多點(diǎn)支撐和定位作用，并且可以輔助夾緊裝置，對工件進(jìn)行夾緊。
[0011]優(yōu)選地，所述夾緊裝置固定在底座平臺上，沿縱向分布多個(gè)，由固定支座、支架和肘夾構(gòu)成，用于薄壁件在工裝上的夾緊。
[0012]優(yōu)選地，所述固定支座固定于底座平臺上，支架可通過螺栓螺母和支座連接，肘夾安裝于支架上，用來實(shí)現(xiàn)對薄壁零件邊緣處的夾緊。
[0013]優(yōu)選地，所述磁力振動裝置由電機(jī)、齒輪、齒條、夾緊機(jī)構(gòu)組成。夾緊機(jī)構(gòu)固定在安裝支架上，電機(jī)在夾緊機(jī)構(gòu)上可以沿直線移動，調(diào)整好安裝位置后通過夾緊機(jī)構(gòu)將電機(jī)固定住即可，齒輪由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中提供給齒條側(cè)端面一個(gè)循環(huán)不斷的動載荷，傳遞到薄壁件上，便可使薄壁件產(chǎn)生振動。
[0014]優(yōu)選地，電機(jī)和齒輪同軸安裝，驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪和齒條均為永磁材料制成，齒條的側(cè)面貼緊薄壁件背面，齒輪和齒條為非接觸式的，二者通過永磁材料產(chǎn)生的磁力進(jìn)行相互作用，齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)由于磁力作用對齒條形成推力，該推力會隨著齒輪的轉(zhuǎn)動呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。齒輪和齒條上的齒隨著齒輪的轉(zhuǎn)動有一個(gè)不斷接近和遠(yuǎn)離的過程，這表現(xiàn)在相互作用力上，就是齒輪對齒條的推力先隨著齒的接近不斷增大，當(dāng)達(dá)到極限位置時(shí)推力也達(dá)到峰值，但當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過這一極限位置時(shí)，齒輪和齒條上的齒相互遠(yuǎn)離，齒條上所受到的推力開始不斷減小。由于薄壁件背面和齒條側(cè)面貼緊，且齒條位置固定，故齒條受到的推力可以幾乎無損失的作用到薄壁件的背面，這樣的動載荷便會使薄壁件產(chǎn)生振動，一方面起到釋放薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力的作用，另一方面由于齒輪齒條非接觸，故這種動載荷不會對薄壁件產(chǎn)生過大沖擊，起到過載保護(hù)的作用。
[0015]優(yōu)選地，所述齒條具有雙面齒，兩個(gè)面上的齒相互垂直，在齒條的兩側(cè)均設(shè)置了電機(jī)和齒輪，齒條兩面齒的不同分布，導(dǎo)致磁力傳導(dǎo)時(shí)傳遞到薄壁件上的振動力有橫向和縱向兩種方向，這樣在實(shí)際使用時(shí)，可通過上位機(jī)實(shí)時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的啟停，從而控制薄壁件不同位置處的振動方向。
[0016]優(yōu)選地，所述磁力振動裝置對薄壁件產(chǎn)生的振動力的大小和振動的頻率可以分別通過調(diào)節(jié)齒輪齒條之間的最小距離和電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)和控制，對于不同的位置，達(dá)到最佳振動效果的振動力大小和振動頻率是不同的，這些均可以針對每一個(gè)振動位置通過上位機(jī)進(jìn)行振動裝置相應(yīng)參數(shù)的獨(dú)立調(diào)節(jié)。
[0017]優(yōu)選地，所述磁力振動裝置為陣列式分布，分別在薄壁件橫向和豎向的不同位置形成振動源，進(jìn)行多點(diǎn)振動，更加有利于薄壁件殘余應(yīng)力的釋放。
[0018]優(yōu)選地，所述磁力振動裝置、夾緊裝置都設(shè)有鎖緊機(jī)構(gòu)。
[0019]優(yōu)選地，所述磁力振動裝置上的齒輪齒條為非接觸式，完全依靠磁力的相互作用，因而具有振動平穩(wěn)的特性。
[0020]優(yōu)選地，所述底座平臺和安裝支架的尺寸由所需放置的薄壁件尺寸所決定。
[0021]優(yōu)選地，所述支架定位塊、夾緊裝置以及磁力振動裝置等的數(shù)目由薄壁件的尺寸決定，磁力振動裝置呈陣列式分布。
[0022]本發(fā)明還提供了應(yīng)用飛機(jī)大型薄壁零件制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝的應(yīng)力釋放方法，殘余應(yīng)力釋放過程包括如下步驟:
[0023]第一步:對所述薄壁件的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測，獲取薄壁件內(nèi)部的初始?xì)堄鄳?yīng)力；
[0024]第二步:對薄壁件在安裝支架上進(jìn)行多點(diǎn)定位和安裝，定位安裝完成后使用夾緊裝置夾緊工件；
[0025]第三步:將齒條側(cè)面貼緊在薄壁件背面，調(diào)節(jié)齒輪和齒條的最小間隙值，將磁力振動裝置安裝在安裝支架的相應(yīng)位置，通過上位機(jī)設(shè)置好電機(jī)的轉(zhuǎn)速，按下對應(yīng)電機(jī)的啟動開關(guān)，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，使其對薄壁件產(chǎn)生峰值穩(wěn)定的動壓力，從而通過振動實(shí)現(xiàn)對薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放操作，不斷調(diào)整齒輪齒條之間的最小間距以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直到達(dá)到釋放殘余應(yīng)力的最佳振動幅度和頻率，通過控制每個(gè)齒條兩側(cè)電機(jī)的啟停，可以實(shí)現(xiàn)薄壁件在該位置振動方向的改變。
[0026]第四步:在完成一段時(shí)間的振動操作后，取下薄壁件，對其再一次進(jìn)行內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測，得到檢測數(shù)據(jù)并與第一步得到的初始?xì)堄鄳?yīng)力值進(jìn)行對比，如果數(shù)據(jù)沒有明顯改善，則表示薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力釋放效果不理想，返回第三步重新操作，經(jīng)過多次振動后仍無明顯變化的，則完成檢測，輸出不合格品；如果數(shù)值相比于第一步有了明顯減小，則檢測完成，說明殘余應(yīng)力已經(jīng)得到釋放，進(jìn)入第五步；
[0027]第五步:輸出合格品。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0029]本發(fā)明通過釋放薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力減小其加工變形，提高薄壁件的外形精度和加工質(zhì)量，從而提高裝配精度和效率，縮短了工件的質(zhì)量檢驗(yàn)和裝配周期，節(jié)約了成本，提高了裝配效率及產(chǎn)品質(zhì)量；采用磁力振動裝置完成對薄壁件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放，利用了磁力振動主動件與被動件無剛性連接，具有振動平穩(wěn)、過載保護(hù)的特性，以避免由于振動力過大造成的薄壁件損傷；本發(fā)明具有操作簡單，可以快速完成薄壁件在工裝上的裝夾及其內(nèi)部殘余應(yīng)力釋放過程的特點(diǎn)。
[0030]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0032]圖1為本發(fā)明裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明的安裝支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明裝置去除安裝支架后的整體效果圖；
[0035]圖4為本發(fā)明的夾緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明的磁力振動器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明的薄壁件定位及裝配示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明的殘余應(yīng)力釋放的流程圖；
[0039]圖中:1為整體工裝，2為底座平臺，3為安裝支架，4為支架定位塊，5為夾緊裝置，51為底部支座，52為轉(zhuǎn)動支架，53為連接板，54為肘夾，6為磁力振動裝置，61為夾緊裝置，62為電機(jī)，63為齒輪，64為齒條，7為薄壁零件-飛機(jī)壁板，8為工件支撐定位塊。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合具體