機翼長桁制造過程殘余應(yīng)力釋放工藝裝置及應(yīng)力釋放方法
【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，特別是一種飛機機翼長桁制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝及應(yīng)力釋放方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機機翼構(gòu)件的形貌及其裝配應(yīng)力直接影響了飛機的可靠性和安全性，因此需要對其加工制造過程進行嚴格地質(zhì)量控制。其中，飛機機翼長桁在毛坯制備、淬火、銑削加工等過程中會產(chǎn)生初始殘余應(yīng)力分布場，并產(chǎn)生初始變形。將具有初始變形的機翼長桁與其他零件進行裝配后，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，有益于飛機的疲勞強度和壽命的提高。
[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效、熱處理時效、敲擊時效、振動時效等。自然時效降低的殘余應(yīng)力不大，且生產(chǎn)周期長，占用場地大，不易管理，不能及時發(fā)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)的缺陷，已逐漸被淘汰。熱時效工藝要求嚴格，保溫時間過長，會引起石墨化，構(gòu)件強度降低。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，會使時效效果大為降低，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效效果。錘擊時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)一種機翼長桁制造過程殘余應(yīng)力釋放工藝裝置及應(yīng)力釋放方法，消除傳統(tǒng)振動時效的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種機翼長桁制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工裝，并以期通過此工裝在不損傷長桁結(jié)構(gòu)的前提下實現(xiàn)對長桁內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放；實現(xiàn)長桁在飛機裝配中的低應(yīng)力裝配。
[0006]本發(fā)明所述技術(shù)方案提供一種機翼長桁制造過程的殘余應(yīng)力智能釋放工藝裝置，包括底座平臺、豎向定位塊、橫向定位塊、縱向定位塊、橫向夾緊裝置、磁力振動裝置，所述底座平臺為矩形結(jié)構(gòu)，上面設(shè)有若干的安裝槽，用于組件在平臺上的安裝；定義所述底座平臺的長度方向為縱向，寬度方向為橫向，垂直于底座平臺的方向為豎向；在所述底座平臺上縱向的一端設(shè)有縱向定位塊，并且沿縱向設(shè)置有多個豎向定位塊、橫向定位塊和橫向夾緊裝置，還分布有若干的磁力振動裝置。
[0007]進一步地，所述橫向定位塊、豎向定位塊和縱向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)長桁所需放置的位置進行調(diào)整，起到對長桁進行空間定位的作用。
[0008]進一步地，所述橫向和縱向定位塊通過螺栓和底座平臺連接在一起，定位塊可以沿著平臺上的凹槽進行滑動，調(diào)整到合適位置時用螺栓擰緊即可。
[0009]進一步地，豎向定位塊在底座平臺上可雙向調(diào)整，依靠磁力吸附在底座平臺上，起到對長桁的豎向支撐作用，使長桁整體處于懸空狀態(tài)，方便振動操作。
[0010]進一步地，所述橫向夾緊裝置固定在底座平臺上，沿縱向分布多個，由固定支座、支架和肘夾構(gòu)成，用于長桁在工裝上的裝夾。
[0011]進一步地，所述固定支座固定于底座平臺上，支架通過螺栓螺母和支座連接，支架調(diào)至豎直位置后固定，將肘夾安裝于支架上，實現(xiàn)對長桁末端的橫向夾緊。
[0012]進一步地，所述磁力振動裝置由電機、齒輪、齒條、夾緊機構(gòu)和固定板組成。固定板固定在底座平臺上，夾緊機構(gòu)固定在固定板上，電機在夾緊機構(gòu)上可以沿縱向移動，調(diào)整好安裝位置后通過夾緊機構(gòu)將電機固定住即可，齒輪由電機帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中提供給齒條側(cè)端面一個循環(huán)不斷的動載荷，傳遞到長桁構(gòu)件上，便可使長桁產(chǎn)生振動。
[0013]進一步地，電機和齒輪同軸安裝，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)面貼緊并固定在長桁背面，齒輪和齒條為非接觸式的，二者通過永磁材料產(chǎn)生的磁力進行相互作用，齒輪轉(zhuǎn)動時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)動有一個不斷接近和遠離的過程，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，當達到極限位置時推力也達到峰值，但當齒輪轉(zhuǎn)過這一極限位置時，齒輪和齒條上的齒相互遠離，齒條上所受到的推力開始不斷減小。由于長桁背面和齒條側(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長桁的背面，這樣的動載荷便會使長桁產(chǎn)生振動，一方面起到釋放長桁內(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長桁產(chǎn)生過大沖擊，起到過載保護的作用。
[0014]進一步地，所述齒條具有雙面齒，兩個面上的齒相互垂直，在齒條的兩側(cè)均設(shè)置了電機和齒輪，齒條兩面齒的不同分布，導(dǎo)致磁力傳導(dǎo)時傳遞到長桁上的振動力有橫向和縱向兩種方向，這樣在實際使用時，可通過上位機實時控制兩個電機的啟停，從而控制長桁不同位置處的振動方向。
[0015]進一步地，所述磁力振動裝置對長桁產(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的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)和控制，對于不同的位置，達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振動位置進行振動裝置相應(yīng)參數(shù)的獨立調(diào)節(jié)。
[0016]進一步地，所述磁力振動裝置沿縱向分布有若干個，分別在長桁長度方向的不同位置形成振動源，進行多點振動，更加有利于長桁殘余應(yīng)力的釋放。
[0017]進一步地，所述磁力振動裝置分布的位置可以沿長桁縱向進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到理論分析得出的最佳激振位置后，進行多點振動可以取得較好的應(yīng)力釋放效果。
[0018]進一步地，所述磁力振動裝置、橫向夾緊裝置都設(shè)有鎖緊機構(gòu)。
[0019]進一步地，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]進一步地，所述底座平臺的長度由所需放置的長桁長度尺寸所決定。
[0021]進一步地，所述橫向定位塊、豎向定位塊、夾緊裝置以及磁力振動裝置等的數(shù)目由長桁的長度尺寸決定，所述縱向定位塊位于長桁的某一端。
[0022]本發(fā)明所述技術(shù)方案還提供的應(yīng)用上述所示的機翼長桁制造過程的殘余應(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:對所述鋁合金長桁的殘余應(yīng)力進行檢測，獲取長桁內(nèi)部的初始殘余應(yīng)力；
[0024]第二步:對鋁合金長桁進行底部平臺上的空間定位，使用橫向夾緊裝置夾緊長桁；
[0025]第三步:將齒條側(cè)面貼緊在長桁背面并和長桁固定，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底座平臺的合適位置，通過上位機設(shè)置好電機的轉(zhuǎn)速，按下對應(yīng)電機的啟動開關(guān)，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，使其對長桁產(chǎn)生峰值穩(wěn)定的動壓力，從而通過振動實現(xiàn)對長桁內(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的轉(zhuǎn)速，直到達到釋放殘余應(yīng)力的最佳振動幅度和頻率，通過控制每個齒條兩側(cè)電機的啟停，可以實現(xiàn)長桁在該位置振動方向的改變。
[0026]第四步:在完成一段時間的振動操作后，取下長桁，對其再一次進行內(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殘余應(yīng)力值進行對比，如果數(shù)據(jù)沒有明顯改善，則表示長桁內(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)明通過釋放長桁內(nèi)部殘余應(yīng)力減小其加工變形，提高長桁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長桁內(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)、過載保護的特性，以避免由于振動力過大造成的長桁損傷；本發(fā)明具有操作簡單，可以快速完成長桁在工裝上的裝夾及其內(nèi)部殘余應(yīng)力釋放過程的特點。
[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施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[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)明的橫向定位夾緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明的磁力振動器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明的長桁定位及裝配示意圖；