CN110449486A - 一种用于薄壁金属构件的冷热校正装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于薄壁金属构件的冷热校正装置，包括箱体、加热装置、冷却装置和夹固装置，加热装置和冷却装置分别设置在箱体内的上部和下部，箱体侧面开口，加热装置和冷却装置外露，夹固装置设置在箱体顶部。上述装置在应用时，通过夹固装置使需要处理的薄壁工件贴于箱体侧面，并与加热装置和冷却装置与工件表面贴紧接触，达到传热的目的。校正过程中，通过温度传感器实时捕获工件温度数据，通过控制器调整加热和冷却温度，使其达到预设的温度。本发明通过加热功能使顶部纤维受热膨胀，在周围材料约束下发生收缩塑性变形，使纤维长度变短，工件发生下凹弯曲变形，通过冷却装置使工件下部处于低温状态，改变了热量向下传导的通路，达到了理想的校正效果。

Description

一种用于薄壁金属构件的冷热校正装置
技术领域
本发明涉及一种用于对薄壁金属构件进行校正的装置，属于变形校正技术领域。
背景技术
铝合金航空结构件一般由预拉伸板材铣削加工而成，材料去除量大，结构刚度低，在板材初始应力、加工应力、铣削力、铣削热和装夹等因素的作用下，加工完成后会产生严重的加工变形问题，达不到飞机装配所要求的精度。目前尚不能对航空结构件加工变形进行精确的预测与控制，变形校正是满足飞机装配精度要求的最终保障。
航空结构件可分为梁、框、壁板等类型，其中单面分布有大量隔框、加强筋等结构的非对称零件极易产生单方向的弯曲变形。若定义有隔框、加强筋的一面为上表面，则对于向该侧凸起的变形定义为上凸变形，反之为下凹变形。对于下凹变形，可采用压力校正、滚压校正等手段进行变形校正，并且校正效果较好。对于上凸变形工件，则不能采用滚压校正手段，而采用压力校正时又因为压力机臂展等问题限制了压力校正的使用范围。此外，由于零件壁厚小、刚度差，压力校正稳定性差，极易发生变形失稳现象，目前尚缺乏针对下凹变形的校正工艺及设备。
对于上凸变形零件，理想的校正状态就是使其上部材料收缩、下部材料伸长，在材料连续性作用下，使工件整体产生下凹弯曲变形，与原有的上凸变形相抵消，实现工件的变形校正。
目前，未见针对薄壁金属构件的冷热同时作用的变形校正装置。
发明内容
针对航空结构件上凸变形校正需求以及现有变形校正技术存在的不足，结合薄壁金属结构的特点，本发明提供一种校正效果理想的用于薄壁金属构件的冷热校正装置。
本发明的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，采用以下技术方案：
该装置，包括箱体、加热装置、冷却装置和夹固装置，加热装置和冷却装置分别设置在箱体内的上部和下部，箱体侧面开口，加热装置和冷却装置外露，夹固装置设置在箱体顶部。
所述箱体内填充保温材料。
所述加热装置为电热元件，如电热板，可使多块电热板串联连接，以增大加热功率。所述电热元件与设置在箱体外侧的外接电路接口连接，以方便接通电源。所述电热元件与功率控制器连接。
所述冷却装置为液氮储存箱。所述液氮储存箱与设置在箱体外侧的液氮输送管和液氮输回管连接，以方便与液氮源连接并回流。所述液氮输送管上设置有流量控制阀。
所述夹固装置包括滑块和夹固导轨，滑块上带有滑槽，夹固导轨置于滑槽中。所述夹固导轨的外端设置有压板，以夹固工件。
上述装置还设置有温度测控装置。所述温度测控装置包括加热部位温度传感器、冷却部位温度传感器和控制器，加热部位温度传感器、冷却部位温度传感器以及加热装置和冷却装置均与控制器连接。所述控制器采用可编程控制器或工控机。
上述装置在应用时，通过夹固装置使需要处理的薄壁工件贴于箱体侧面，并与加热装置和冷却装置与工件表面贴紧接触，达到传热的目的。校正过程中，通过温度传感器实时捕获工件温度数据，通过控制器调整电热板输出功率和液氮流速，使其达到预设的温度。
本发明分别设计加热装置与冷却装置，加热功能使顶部纤维受热膨胀，在周围材料约束下发生收缩塑性变形，使纤维长度变短，工件发生下凹弯曲变形；冷却装置使工件下部处于低温状态，改变了热量向下传导的通路，克服了铝合金传热速度快这一缺陷，增大了工件内部温度梯度，使顶部材料更易发生压缩塑性变形；另一方面，降低了顶部材料的加热温度，确保了材料强度。达到了理想的校正效果。
附图说明
图1是本发明用于薄壁金属构件的冷热校正装置的结构示意图。
图2是本发明中单组冷热校正装置装配状态示意图。
图3是本发明中多组冷热校正装置联合使用示意图。
图中：1.箱体；2.电热板；3.保温材料；4.液氮储存箱；5.液氮入口；6.液氮出口；7.电路接口；8.滑块；9.导轨；10.紧固螺钉；11.工件；12.加热部位温度传感器；13.冷却部位温度传感器。
具体实施方式
本发明引入冷热载荷，对工件上部进行加热处理、下部进行降温处理，使受热部分的纤维伸长、冷却部分的纤维缩短，引入局部高幅值的热应力，造成上部材料发生压缩塑性变形、下部材料不变形或发生轻微的拉伸塑性变形，当温度恢复为室温后，工件产生下凹弯曲变形，原有的变形得到校正。
如图1所示，本发明用于薄壁金属构件的冷热校正装置，主要包括箱体1、电热板2、液氮储存箱4。电热板2和液氮储存箱4分别作为加热装置和冷却装置。箱体1的侧面开口，箱体上部安装有电热板2，下部安装有液氮储存箱4，电热板2和液氮储存箱4露出侧面开口，箱体1内在电热板2和液氮储存箱4的其它空间填充保温材料3。电热板2通过导线与箱体1外侧的电路接口7连接，电热板2与功率控制器连接，以控制加热功率。液氮储存箱5通过管路分别连接箱体1外侧的液氮入口5和液氮出口6。液氮入口5通过液氮输送管与液氮源连接，液氮输送管上设置有流量控制阀。液氮出口6与液氮输回管连接。
箱体1上部安装有夹固装置，包括滑块8和夹固导轨9，为保证加固可靠，滑块8和夹固导轨9均设置两组。滑块8上带有燕尾滑槽，燕尾滑槽装有夹固导轨9，夹固导轨9可在燕尾滑槽中移动，并可通过紧固螺钉10在滑块8上固定住导轨9的位置。可在夹固导轨9的外端设置向下的竖向压板(图中未画出)，以夹固工件11。
为了便于对温度进行控制，上述装置还设置有温度测控装置。该温度测控装置包括加热部位温度传感器12、冷却部位温度传感器13和控制器。温度传感器12和温度传感器13通过导线与控制器连接，将数据上传到控制器，控制器采用可编程控制器或工控机，电热板2通过功率控制器与控制器连接，通过控制加热功率控制加热温度。液氮输送管路上设置流量控制阀，流量控制阀与控制器连接，通过控制液氮流量控制冷却温度。
上述装置具有以下三种应用方式。
1.单箱体方式
将工件11的变形面贴于箱体1的电热板2和液氮储存箱4的外露一侧，在滑块8中移动加固导轨9，使夹固导轨9的外端压板压在工件11的外侧面，工件11处于夹固导轨9外端压板与箱体1之间，通过紧固螺钉10固定住夹固导轨9(参见图2)，电热板2表面与液氮储存箱4表面与工件11的表面紧密贴合，确保热传导顺利进行。夹固导轨9在滑块8中调整对位置可适应不同厚度的薄壁结构。将加热部位温度传感器12固定于工件11上部加热区域，冷却部位温度传感器13固定于工件11下部冷却区域，温度传感器12和温度传感器13通过导线与温度控制器连接，将数据上传到控制器。接通电热板电源，开启液氮输送泵，开始校正过程。通过温度传感器12和温度传感器13实时监测工件11不同区域的温度数据，并通过控制器调整电热板输出功率和液氮流速，使其达到预设的温度。
对薄壁结构的上部施加热载荷、下部施加冷载荷，使上部纤维受热膨胀并发生压缩塑性变形，导致工件11发生下凹弯曲变形，并与原有的工件变形相抵消，达到变形校正的目的。液氮冷却部件利用液氮低温、蒸发吸热这一特性，使下部工件11处于低温状态，改变了热量向下传导的通路，增大了工件11内部温度梯度，降低了上部材料所需的加热温度，确保了材料强度。
2.双箱体方式
如图2所示，该方式是将两组箱体1共同作用于薄壁工件11的两侧，共同起到加热和冷却的作用。
工件11处于两组箱体1之间，工件11的变形部位两侧各贴于一组箱体1的电热板2和液氮储存箱4的外露一侧，电热板2表面与液氮储存箱4表面与工件11的表面紧密贴合，确保热传导顺利进行。夹固导轨9穿入两个箱体1上对应的滑块8中。夹固住工件11后，通过紧固螺钉10固定住夹固导轨9。
温度控制过程与单箱体方式一致。
3.多箱体方式
当工件11需处理的变形部位较长，则可使用该方式。多箱体方式是多组装置串联使用，可以是多组单箱体串联使用，也可以是如图3所示的多组双箱体串联使用。对工件11的夹固过程和温度控制过程与上述一致。

Claims (10)

1.一种用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，包括箱体、加热装置、冷却装置和夹固装置，加热装置和冷却装置分别设置在箱体内的上部和下部，箱体侧面开口，加热装置和冷却装置外露，夹固装置设置在箱体顶部。
2.根据权利要求1所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述箱体内填充保温材料。
3.根据权利要求1所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述加热装置为电热元件。
4.根据权利要求3所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述电热元件与设置在箱体外侧的外接电路接口连接。
5.根据权利要求3或4所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述电热元件与功率控制器连接。
6.根据权利要求1所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述冷却装置为液氮储存箱。
7.根据权利要求6所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述液氮储存箱与设置在箱体外侧的液氮输送管和液氮输回管连接。
8.根据权利要求7所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述液氮输送管上设置有流量控制阀。
9.根据权利要求1所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，所述夹固装置包括滑块和夹固导轨，滑块上带有滑槽，夹固导轨置于滑槽中，所述夹固导轨的外端设置有压板。
10.根据权利要求1所述的用于薄壁金属构件的冷热校正装置，其特征是，还设置有温度测控装置，所述温度测控装置包括加热部位温度传感器、冷却部位温度传感器和控制器，加热部位温度传感器、冷却部位温度传感器以及所述加热装置和冷却装置均与控制器连接。
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