[發明專利]一種熱流脈沖式環件殘余應力均化方法與裝置

有效

• 申請號: 202010585942.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111719042B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 吳瓊;薛念普;高瀚君;張以都
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C21D9/40
• 分類號: C21D9/40;C21D11/00;C21D10/00
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本發明提出一種熱流脈沖式環件殘余應力均化方法，對具有一定壓力值的液壓油進行加熱，實現熱流脈沖式復合殘余應力均化，設計了一種適用于熱流脈沖式環件殘余應力均化的裝置，具體包括機械模具系統和液壓與控制系統。熱流脈沖式環件殘余應力均化方法，設定輸出液壓值為周期波動的脈沖液壓，并對輸出液壓油進行加熱，實現對零件加載熱流溫度、液壓力、液壓脈沖壓力的多重載荷作用，利用外力加載進行殘余應力的均化。熱流脈沖式環件殘余應力均化裝置，包括機械模具系統和液壓與控制系統，機械模具主要作用是實現零件的裝夾固定，液壓與控制系統進行載荷的輸出與控制。與現有技術相比，本發明顯著優點有：1)可以實現熱流溫度、液壓力、液壓脈沖力多重載荷作用下的殘余應力均化；2)能夠進行環件徑向、軸向與周向三個方向的殘余應力均化；3)液壓油通過耐溫氣囊作用于零件上，減少了液體泄漏；4)可以到達高度自動化，進行工藝參數的準確控制；5)殘余應力均化效率高，設備成本低，避免了機械式脹形模具交界面的應力差。

技術領域

本發明涉及一種熱流脈沖式環件殘余應力均化方法與裝置，屬于加工制造與殘余應力控制領域。

背景技術

殘余應力是材料發生不均勻的彈性變形或不均勻彈塑性變形的結果，它與材料中局部區域存在的殘余彈性應變相聯系。殘余應力對金屬工件的強度、疲勞壽命、抗應力腐蝕性能和結構尺寸穩定性都有很大影響。當物體受到外力作用時，作用應力與殘余應力相互作用，使其某些局部呈現塑性變形，截面內應力重新分配；當外力作用去除后，整個物體由于內部殘余應力趨于平衡的作用將發生形變。因此，需要對零件進行必要的殘余應力均化工藝處理，主要的均化方法有熱時效法、振動時效法、冷埋處理法、脹形法、熱振復合法等。熱時效是利用升溫、保溫、降溫三個過程的溫度變化，使零件迅速膨脹和收縮，降低材料的屈服極限，殘余應力高的地方會超過屈服極限，晶格滑移，產生微小的塑性形變，從而釋放、降低、均化殘余應力。振動時效就是對材料施加周期性的作用力動應力，使得構件的動應力與內部殘余應力疊加大于材料的屈服極限，晶格滑移，產生微小的塑性形變，達釋放殘余應力的目的。熱振復合殘余應力均化是在一定溫度條件下對時效件施加循環動載荷，通過熱與振動時效的復合，實現時效件中殘余應力的定位松弛、降低與均化。但是，以上殘余應力均化方法均存在缺陷，熱時效方式工藝周期長，對場地和裝備要求高；振動時效對大型零件無法提供足夠的動應力。

發明內容

基于上述背景，本發明提出一種熱流脈沖式環件殘余應力均化方法，對具有一定壓力值的液壓油進行加熱，實現熱流脈沖式復合殘余應力均化，設計了一種適用于熱流脈沖式環件殘余應力均化的裝置，具體包括機械模具系統和液壓與控制系統。熱流脈沖式環件殘余應力均化方法，設定輸出液壓值為周期波動的脈沖液壓，并對輸出液壓油進行加熱，實現對零件加載熱流溫度、液壓力、液壓脈沖壓力的多重載荷作用，利用外力加載進行殘余應力的均化。熱流脈沖式環件殘余應力均化裝置，包括機械模具系統和液壓與控制系統，機械模具主要作用是實現零件的裝夾固定，液壓與控制系統進行載荷的輸出與控制。

熱流脈沖式環件殘余應力均化方法工藝過程，如圖1所示。在工藝過程中，加載具有一定壓力值的脈沖液壓，并對液壓油進行加熱，形成對零件加載的熱流脈沖液壓載荷，進行一定時間的保持，實現材料內部殘余應力的均化與降低。該工藝過程中涉及平均液壓值P、脈沖液壓范圍ΔP、上下臨界液壓值P±（ΔP/2）、脈沖周期T，升壓時間t1，保壓時間t2，液壓溫度W等工藝參數。

熱流脈沖式環件殘余應力均化裝置，如圖2所示。機械模具系統由支撐內壁4、支撐桿5、緊固螺釘6、芯模7組成。液壓與控制系統由集成液壓油箱1、加熱裝置2、輸入油管3、耐溫氣囊8、輸出油管10、冷卻裝置11組成。這些零部件共同構成了整套對接鎖緊裝置。

本發明的有益效果是：

1、可以實現熱流溫度、液壓力、液壓脈沖力多重載荷作用下的殘余應力均化。

2、能夠進行環件徑向、軸向與周向三個方向的殘余應力均化。

3、液壓油通過耐溫氣囊作用于零件上，減少了液體泄漏。