一種針對大型環(huán)軋零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種針對大型環(huán)軋薄壁零件殘余應(yīng)力均化的局部熱振復(fù)合的裝置，應(yīng)用于航天領(lǐng)域，以提高零件的可靠性和可回收性，從而減少成本。該裝置包括軌道、運(yùn)載小車、液壓機(jī)構(gòu)部分、熱振組件、激振結(jié)構(gòu)部分以及各連接件組成。其中的激振結(jié)構(gòu)部分為自制裝置，采用的是伺服電機(jī)與一個(gè)正弦機(jī)構(gòu)的配合。它是通過運(yùn)載小車帶動(dòng)裝置繞大型環(huán)軋薄壁零件運(yùn)動(dòng)，由頂部的伺服電機(jī)帶動(dòng)正弦機(jī)構(gòu)對大型環(huán)軋薄壁零件進(jìn)行激振，由感應(yīng)線圈對大型環(huán)軋薄壁零件進(jìn)行加熱，從而達(dá)到熱振復(fù)合的效果。此外若是針對局部加熱效果不好的情況，可采用去除激振結(jié)構(gòu)部分的裝置，實(shí)現(xiàn)多個(gè)裝置對大型環(huán)軋薄壁零件進(jìn)行整體的加熱。也可以單獨(dú)進(jìn)行局部的加熱或者激振。本設(shè)計(jì)拆卸方便，空間占用小，對于航天領(lǐng)域處理大型環(huán)軋薄壁零件殘余應(yīng)力有著良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種針對大型環(huán)軋零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本設(shè)計(jì)是一種殘余應(yīng)力均化裝置，主要用于航天領(lǐng)域大型環(huán)乳薄壁零件的殘余應(yīng)力均化。通過調(diào)整激振力和加熱溫度，采用熱振復(fù)合的方式對零件進(jìn)行局部的加熱和振動(dòng)， 從而達(dá)到均化殘余應(yīng)力的目的?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在各種機(jī)械的加工過程中幾乎不可避免的都會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而這對于零件的加工或使用或多或少都有所影響，具體體現(xiàn)在其靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、脆性破壞、應(yīng)力腐蝕開裂等，這些其中任意一點(diǎn)都有可能造成巨大的損失。因此對殘余應(yīng)力的正確的處理就顯得至關(guān)重要，而熱處理和振動(dòng)是目前使用最廣泛的兩種方法，但也存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，熱處理能夠極大限度的去除殘余應(yīng)力，但對于材料的結(jié)構(gòu)和精度卻難以保證;而振動(dòng)處理可以克服熱處理的缺點(diǎn)，但其降低應(yīng)力的幅度又非常的有限。
[0003]在航天領(lǐng)域，隨著各種加工技術(shù)的飛速發(fā)展，為了減輕整體結(jié)構(gòu)的重量，近年來各種大型的整體零件紛紛現(xiàn)世，但體積的龐大也導(dǎo)致了其后處理非常的困難，作為承擔(dān)重要航天任務(wù)的器件，其作用和成本巨大，而殘余應(yīng)力的處理就成了其降本保質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。若是采用單獨(dú)的處理方式，除了上述缺點(diǎn)外，還面臨著成本高，占地面積大等問題。因此針對這些問題，本設(shè)計(jì)提供了一種將加熱和振動(dòng)結(jié)合起來對零件進(jìn)行局部處理的方法，以求達(dá)到比較好而方便的處理方式。具體實(shí)現(xiàn)即是在零件某一處開始，將此局部范圍加熱至合適溫度并保持，并且給予一定的激振力，持續(xù)一定時(shí)間后，移至另一處，如此反復(fù)，直至處理完成。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]目的:基于上述背景，本設(shè)計(jì)提供一種針對大型環(huán)乳薄壁零件局部殘余應(yīng)力均化的裝置。以成本較低，占用空間較小的優(yōu)點(diǎn)，克服對此類零件殘余應(yīng)力處理困難的問題，達(dá)到一個(gè)對殘余應(yīng)力均化較好的效果。其中零件尺寸為外徑9-10m，厚度20cm，高度20cm的大型環(huán)乳薄壁零件。
[0005]技術(shù)方案:設(shè)計(jì)了一種針對大型環(huán)乳薄壁零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合的裝置，它主要是由軌道、運(yùn)載小車、液壓機(jī)構(gòu)部分、熱振組件、激振結(jié)構(gòu)部分以及各連接件組成。
[0006]具體的裝配關(guān)系是:先將軌道拼接完畢，運(yùn)載小車將在軌道上運(yùn)行;液壓機(jī)構(gòu)安裝在小車與熱振組件上，控制熱振組件的翻折及整體的上下、左右移動(dòng)；熱振組件分三部分， 分別用螺栓連接;支撐輪安裝在熱振組件頂部部分的底部兩端；隔振裝置安裝在熱振組件頂部部分，正弦機(jī)構(gòu)穿過頂部熱振組件的方孔并通過聯(lián)軸器與電機(jī)連接，將伺服電機(jī)安裝在隔振裝置上;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接;感應(yīng)線圈分布在兩邊的熱振組件中，每邊安裝 3個(gè)線圈；線圈與供電裝置連接。具體實(shí)物參考附圖1。
[0007]所述軌道為環(huán)狀，材料為普通碳鋼，內(nèi)外直徑分別為8400mm、9254mm，主要功能為引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)軌跡以及工作前對整個(gè)裝置的支撐；[00〇8] 所述小車長、寬、高分別為400mm*245mm*170mm，材料為普通碳鋼，主要功能為提供運(yùn)動(dòng)以及熱振組件的左右移動(dòng)，車側(cè)面安裝有一掛鉤用于在裝置未與零件接觸時(shí)與軌道接觸以保持整個(gè)裝置的平衡；[00〇9] 所述液壓機(jī)構(gòu)材料為20號鋼管，有:內(nèi)外徑為50mm、42mm，長度130mm，個(gè)數(shù)為2,各承受壓力為〇.〇5MPa，主要功能為支撐整個(gè)熱振組件，提供熱振組件的上下調(diào)節(jié)；內(nèi)外徑為 38mm、32mm，長度170mm，承受壓力0.15MPa，個(gè)數(shù)為1，主要功能為提供熱振組件翻折的動(dòng)力， 支撐熱振組件；內(nèi)外徑為30mm、24mm，長度170mm，個(gè)數(shù)為1，主要功能為提供熱振組件翻折的動(dòng)力，支撐熱振組件；
[0010]所述熱振組件分三部分，材料選用為Q235A鋼，兩邊為長方體，尺寸為300mm* 360mm*70mm，其上布置有液壓機(jī)構(gòu)的連接部分，厚度方向均有三個(gè)圓孔，其中一邊有支座， 主要功能為放置感應(yīng)線圈以及與小車連接;頂部組件為長方體，尺寸為440mm*360mm*80mm， 主要功能為安裝隔振彈簧、激振結(jié)構(gòu)部分和液壓機(jī)構(gòu)部分；
[0011]所述支撐輪材料為碳鋼，外部包裹橡膠，直徑為30mm，厚度為15mm，共4個(gè)，安裝時(shí)2 個(gè)一組安裝在一條直線上，主要功能為在工作時(shí)起到支撐裝置的作用，防止裝置側(cè)翻；[〇〇12] 所述隔振彈簧，個(gè)數(shù)為4，圈數(shù)為4，鋼絲直徑5mm，彈簧直徑20mm，材料為65號錳鋼， 主要功能為減小激振力的反作用力帶給裝置的振動(dòng)，使裝置處于穩(wěn)定的狀態(tài)；[〇〇13]所述正弦機(jī)構(gòu)由搖桿和滑動(dòng)桿組成，搖桿長度40mm，材料選用為碳鋼;滑動(dòng)桿呈T 形，材料選用為碳鋼，頂部開有方槽，底部開有螺紋孔可與通過連接桿與提供激振接觸位置的裝置連接，滑動(dòng)范圍為0_40mm，主要功能為提供激振頻率，提供激振力；激振頻率為0-50Hz，激振力最大為500N;[〇〇14]所述伺服電機(jī)型號為90STM02430,主要功能是為激振器提供動(dòng)力；[〇〇15] 所述感應(yīng)線圈長度為350mm，直徑為48mm，匝數(shù)為15圈，材料為銅，主要功能是對零件進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度維持在150-200 °C。
[0016]工作原理:振動(dòng)時(shí)效消除應(yīng)力的原理是給時(shí)效處理的工件施加一個(gè)與其固有頻率相一致的周期激振力，使其產(chǎn)生共振，從而使工件獲得一定的振動(dòng)能量，使工件內(nèi)部產(chǎn)生微觀的塑性變形，從而使造成殘余應(yīng)力的歪曲晶格被漸漸地恢復(fù)平衡狀態(tài)，晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)逐漸滑移并重新纏繞釘扎，使得殘余應(yīng)力得以消除和化。熱處理是使物體在溫度場的影響下改變材料的微觀性能和可逆的屈服強(qiáng)度，使材料達(dá)到減小殘余應(yīng)力、均勻組織等目的。通過借鑒張以都老師等人申請的專利《一種熱振復(fù)合時(shí)效殘余應(yīng)力均化裝置》得知，二者的結(jié)合比單獨(dú)使用有著更好的效果，由此將其改為局部熱振的方式運(yùn)用在這種大型零件上。感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)定律，在線圈中通過所需頻率的交流電，使其產(chǎn)生的磁場在零件上產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流，使得零件的溫度達(dá)到所要的值。本裝置的激振力通過自制的激振結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，可產(chǎn)生最大500N的力；本裝置加熱由感應(yīng)線圈完成，可通過溫度傳感器以及調(diào)節(jié)電流頻率將溫度控制在200 °C左右。
[0017]優(yōu)點(diǎn)及功效:本設(shè)計(jì)是一種熱振復(fù)合的時(shí)效殘余應(yīng)力均化裝置，針對大型環(huán)乳薄壁零件可以實(shí)現(xiàn)局部應(yīng)力均化，通過同時(shí)施加激振和溫度，達(dá)到更好的應(yīng)力均化效果。此裝置占用空間小，成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，有較實(shí)用的使用價(jià)值，達(dá)到所需要求，同時(shí)也可以單獨(dú)進(jìn)行局部的加熱或者振動(dòng)?！靖綀D說明】[0〇18]圖1為本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不意圖:
[0019]圖2為激振結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為溫度調(diào)節(jié)流程框圖；[0021 ]圖中符號說明如下:1為軌道;2為平衡掛鉤;3為運(yùn)載小車;4為液壓缸1; 5為液壓缸 2;6為電機(jī)座;7為隔振彈簧;8為伺服電機(jī);9為聯(lián)軸器;10為正弦機(jī)構(gòu)搖桿;11為正弦機(jī)構(gòu)滑動(dòng)桿;12為液壓缸3; 13為熱振組件；14為感應(yīng)線圈；15為支撐輪;16為連接桿;17為激振輔助平板;18為目標(biāo)大型環(huán)乳薄壁零件;19為目標(biāo)大型環(huán)乳薄壁零件支撐結(jié)構(gòu)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例附圖中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0023]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0024]如圖1及圖2所示，一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置主要是由軌道1、運(yùn)載小車3、液壓機(jī)構(gòu)部分、熱振組件13、激振結(jié)構(gòu)部分以及各連接件組成。液壓機(jī)構(gòu)部分包括液壓缸4、液壓缸5、液壓缸12;激振結(jié)構(gòu)部分包括電機(jī)座6、隔振彈簧7、伺服電機(jī)8、聯(lián)軸器9、正弦機(jī)構(gòu)搖桿10、正弦機(jī)構(gòu)滑動(dòng)桿11、感應(yīng)線圈14、連接桿16、激振輔助平板 17以及各連接件。裝置整體由運(yùn)載小車3帶動(dòng)工作。[〇〇25] 如圖1所示，該裝置的外形為拱門狀，尺寸為440mm*360mm*300mm，厚度為兩邊 70_，頂部 80_。[〇〇26]本裝置的具體工況是:
[0027](1)開始時(shí)熱振組件13依靠液壓系統(tǒng)作用處于豎直拉伸的狀態(tài)，運(yùn)載小車3的平衡掛鉤2放下勾住軌道1以保持裝置的平衡；
[0028](2)待目標(biāo)大型環(huán)乳薄壁零件18安放完成，依然依靠液壓缸4、液壓缸5、液壓缸12 使熱振組件13翻折將目標(biāo)大型環(huán)乳薄壁零件18包圍；[〇〇29](3)此時(shí)激振與加熱同時(shí)進(jìn)行，通過調(diào)節(jié)激振力至500N，通過溫度傳感器的作用對零件溫度進(jìn)行反饋，調(diào)節(jié)頻率使零件加熱部分溫度在20(TC左右；
[0030](4)持續(xù)一段時(shí)間后，激振停止，運(yùn)載小車3移動(dòng)到下一個(gè)激振點(diǎn)，激振開始，繼續(xù)進(jìn)行熱振復(fù)合，如此反復(fù)，直至完成整個(gè)零件的熱振處理，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)零件的殘余應(yīng)力均化。
[0031]以上對本發(fā)明所提出的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其特征在于:它主要是 由軌道1、運(yùn)載小車3、液壓機(jī)構(gòu)部分、熱振組件13、激振結(jié)構(gòu)部分以及各連接件組成。液壓機(jī) 構(gòu)部分包括液壓缸4、液壓缸5、液壓缸12;激振結(jié)構(gòu)部分包括電機(jī)座6、隔振彈簧7、伺服電機(jī) 8、聯(lián)軸器9、正弦機(jī)構(gòu)搖桿10、正弦機(jī)構(gòu)滑動(dòng)桿11、感應(yīng)線圈14、連接桿16、激振輔助平板17 以及各連接件。2.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:該裝置的外形為拱門狀，尺寸為440mm*360mm*300mm，厚度為兩邊70mm，頂部 80mm，由運(yùn)載小車3帶動(dòng)工作。3.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:軌道1為環(huán)狀，內(nèi)外直徑分別為8400mm、9254mm，主要功能為引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)軌跡以及工 作前對整個(gè)裝置的支撐;運(yùn)載小車3主要功能為提供運(yùn)動(dòng)以及熱振組件13的左右移動(dòng)，車側(cè) 面安裝有一平衡掛鉤2用于在裝置未與零件接觸時(shí)與軌道1接觸以保持整個(gè)裝置的平衡。4.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:液壓機(jī)構(gòu)4內(nèi)外徑為50mm、42mm，長度130mm，個(gè)數(shù)為2，各承受壓力為0.05MPa，主 要功能為支撐整個(gè)熱振組件13,提供熱振組件13的上下調(diào)節(jié)；液壓機(jī)構(gòu)5內(nèi)外徑為38mm、 32mm，長度170mm，承受壓力0.15MPa，主要功能為提供熱振組件13翻折的動(dòng)力，支撐熱振組 件13 ;液壓機(jī)構(gòu)12內(nèi)外徑為30mm、24mm，長度170mm，主要功能為提供熱振組件13翻折的動(dòng) 力，支撐熱振組件13。5.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:熱振組件13分三部分，兩邊為長方體，尺寸為300mm*360mm*70mm，其上布置有液 壓機(jī)構(gòu)4、5、12的連接部分，厚度方向均有三個(gè)圓孔，其中一邊有支座，主要功能為放置感應(yīng) 線圈14以及與小車3連接;頂部組件為長方體，尺寸為440mm*360mm*80mm，主要功能為安裝 隔振裝置與激振裝置，安裝液壓機(jī)構(gòu)。6.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:支撐輪15直徑為30mm，厚度為15mm，共4個(gè)，安裝時(shí)2個(gè)一組安裝在一條直線上，主 要功能為在工作是起到支撐裝置的作用，防止裝置側(cè)翻。7.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:隔振彈簧7，個(gè)數(shù)為4，圈數(shù)為4，鋼絲直徑5mm，彈簧直徑20mm，主要功能為減小激 振力的反作用力帶給裝置的振動(dòng)，使裝置處于穩(wěn)定的狀態(tài)。8.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:正弦機(jī)構(gòu)由搖桿11和滑動(dòng)桿10組成，搖桿11長度40mm，材料選用為碳鋼;滑動(dòng)桿 10呈T形，頂部開有方槽，底部開有螺紋孔可與通過連接桿16與提供激振接觸位置的裝置17 連接，滑動(dòng)范圍為0_40mm，主要功能為提供激振頻率，提供激振力;激振頻率為0-50Hz，激振 力最大為500N。9.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:伺服電機(jī)8型號為.90STM02430，主要功能是為激振結(jié)構(gòu)部分提供動(dòng)力;感應(yīng)線圈 14匝數(shù)為15圈，主要功能是對零件進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度維持在.150-200°C。10.如權(quán)利要求1所述的一種針對大型環(huán)乳零件局部殘余應(yīng)力均化的熱振復(fù)合裝置，其 特征在于:具體的裝配關(guān)系是先將軌道1拼接完畢，運(yùn)載小車3將在軌道1上運(yùn)行;液壓機(jī)構(gòu).4、5、12安裝在小車3與熱振組件13上，控制熱振組件13的翻折及整體的上下、左右移動(dòng)；熱 振組件13分三部分，分別用螺栓連接;支撐輪15安裝在熱振組件13頂部部分的底部兩端;隔 振裝置6安裝在熱振組件13頂部部分，正弦機(jī)構(gòu)10、11穿過頂部熱振組件.13的方孔并通過聯(lián) 軸器9與電機(jī)8連接，將伺服電機(jī)8通過電機(jī)座7安裝在隔振彈簧6上;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服 電機(jī)8連接;感應(yīng)線圈14分布在兩邊的熱振組件13中，每邊安裝3個(gè)線圈；線圈14與供電裝置 連接。
【文檔編號】C21D9/50GK105950856SQ201610479358
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】吳瓊, 司宇, 張以都, 李磊
【申請人】北京航空航天大學(xué)