機翼長桁制造過程殘余應力釋放工藝裝置及應力釋放方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空航天構件制造領域，特別是一種飛機機翼長桁制造過程的殘余應力智能釋放工裝及應力釋放方法。
【背景技術】
[0002]飛機機翼構件的形貌及其裝配應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生初始殘余應力分布場，并產生初始變形。將具有初始變形的機翼長桁與其他零件進行裝配后，殘余應力場將發生變化并保留在構件中，影響產品的服役性能，因此，在構件機械加工完成后，通過釋放構件內部的殘余應力來減小構件的初始變形和裝配應力，有益于飛機的疲勞強度和壽命的提高。
[0003]目前，傳統的金屬構件殘余應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力不大，且生產周期長，占用場地大，不易管理，不能及時發現構件內的缺陷，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，構件強度降低。升溫速度過快，構件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多，構件各部分的溫差急劇增大，會造成附加溫度應力。降溫不當，會使時效效果大為降低，甚至產生與原殘余應力相同的溫度應力，并殘留在構件中，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力釋放過程，由于錘擊的不規范，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，使工件自身產生共振，進而使其內部歪曲的晶格，產生滑移而恢復平衡，釋放內部的殘余應力，使其尺寸穩定，在以上幾種應力釋放方法中效果較好。但傳統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，無法很好的應用于變截面、變厚度以及帶有孔特征的工件。
[0004]因此，本領域的技術人員致力于開發一種機翼長桁制造過程殘余應力釋放工藝裝置及應力釋放方法，消除傳統振動時效的缺陷。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種機翼長桁制造過程的殘余應力智能釋放工裝，并以期通過此工裝在不損傷長桁結構的前提下實現對長桁內部殘余應力的釋放；實現長桁在飛機裝配中的低應力裝配。
[0006]本發明所述技術方案提供一種機翼長桁制造過程的殘余應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構，上面設有若干的安裝槽，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有縱向定位塊，并且沿縱向設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，根據長桁所需放置的位置進行調整，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，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，支架調至豎直位置后固定，將肘夾安裝于支架上，實現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、夾緊機構和固定板組成。固定板固定在底座平臺上，夾緊機構固定在固定板上，電機在夾緊機構上可以沿縱向移動，調整好安裝位置后通過夾緊機構將電機固定住即可，齒輪由電機帶動旋轉，旋轉過程中提供給齒條側端面一個循環不斷的動載荷，傳遞到長桁構件上，便可使長桁產生振動。
[0013]進一步地，電機和齒輪同軸安裝，驅動齒輪旋轉，齒輪和齒條均為永磁材料制成，齒條的側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生的磁力進行相互作用，齒輪轉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動呈現有規律的變化。齒輪和齒條上的齒隨著齒輪的轉動有一個不斷接近和遠離的過程，這表現在相互作用力上，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生振動，一方面起到釋放長桁內部殘余應力的作用，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，在齒條的兩側均設置了電機和齒輪，齒條兩面齒的不同分布，導致磁力傳導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生的振動力的大小和振動的頻率可以分別通過調節齒輪齒條之間的最小距離和電機的轉速來調節和控制，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參數的獨立調節。
[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節，調節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、橫向夾緊裝置都設有鎖緊機構。
[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]本發明所述技術方案還提供的應用上述所示的機翼長桁制造過程的殘余應力釋放方法，殘余應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力進行檢測，獲取長桁內部的初始殘余應力；
[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:將齒條側面貼緊在長桁背面并和長桁固定，調節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，通過上位機設置好電機的轉速，按下對應電機的啟動開關，驅動齒輪轉動，使其對長桁產生峰值穩定的動壓力，從而通過振動實現對長桁內部殘余應力的釋放操作，不斷調整齒輪齒條之間的最小間距以及電機的轉速，直到達到釋放殘余應力的最佳振動幅度和頻率，通過控制每個齒條兩側電機的啟停，可以實現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，對其再一次進行內部殘余應力檢測，得到檢測數據并與第一步得到的初始殘余應力值進行對比，如果數據沒有明顯改善，則表示長桁內部殘余應力釋放效果不理想，返回第三步重新操作，經過多次振動后仍無明顯變化的，則完成檢測，輸出不合格品；如果數值相比于第一步有了明顯減小，則檢測完成，說明殘余應力已經得到釋放，進入第五步；
[0027]第五步:輸出合格品。
[0028]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0029]本發明通過釋放長桁內部殘余應力減小其加工變形，提高長桁的外形精度和加工質量，從而提高裝配精度和效率，縮短了工件的質量檢驗和裝配周期，節約了成本，提高了裝配效率及產品質量；采用磁力振動裝置完成對長桁內部殘余應力的釋放，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、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部殘余應力釋放過程的特點。
[0030]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、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，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0032]圖1為本發明裝置的立體結構示意圖；
[0033]圖2為本發明的橫向定位夾緊裝置結構示意圖；
[0034]圖3為本發明的磁力振動器結構示意圖；
[0035]圖4為本發明的長桁定位及裝配示意圖；