CN111719042B - 一种热流脉冲式环件残余应力均化方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种热流脉冲式环件残余应力均化方法，对具有一定压力值的液压油进行加热，实现热流脉冲式复合残余应力均化，设计了一种适用于热流脉冲式环件残余应力均化的装置，具体包括机械模具系统和液压与控制系统。热流脉冲式环件残余应力均化方法，设定输出液压值为周期波动的脉冲液压，并对输出液压油进行加热，实现对零件加载热流温度、液压力、液压脉冲压力的多重载荷作用，利用外力加载进行残余应力的均化。热流脉冲式环件残余应力均化装置，包括机械模具系统和液压与控制系统，机械模具主要作用是实现零件的装夹固定，液压与控制系统进行载荷的输出与控制。与现有技术相比，本发明显著优点有：1)可以实现热流温度、液压力、液压脉冲力多重载荷作用下的残余应力均化；2)能够进行环件径向、轴向与周向三个方向的残余应力均化；3)液压油通过耐温气囊作用于零件上，减少了液体泄漏；4)可以到达高度自动化，进行工艺参数的准确控制；5)残余应力均化效率高，设备成本低，避免了机械式胀形模具交界面的应力差。

Description

一种热流脉冲式环件残余应力均化方法与装置
技术领域
本发明涉及一种热流脉冲式环件残余应力均化方法与装置，属于加工制造与残余应力控制领域。
背景技术
残余应力是材料发生不均匀的弹性变形或不均匀弹塑性变形的结果，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系。残余应力对金属工件的强度、疲劳寿命、抗应力腐蚀性能和结构尺寸稳定性都有很大影响。当物体受到外力作用时，作用应力与残余应力相互作用，使其某些局部呈现塑性变形，截面内应力重新分配；当外力作用去除后，整个物体由于内部残余应力趋于平衡的作用将发生形变。因此，需要对零件进行必要的残余应力均化工艺处理，主要的均化方法有热时效法、振动时效法、冷埋处理法、胀形法、热振复合法等。热时效是利用升温、保温、降温三个过程的温度变化，使零件迅速膨胀和收缩，降低材料的屈服极限，残余应力高的地方会超过屈服极限，晶格滑移，产生微小的塑性形变，从而释放、降低、均化残余应力。振动时效就是对材料施加周期性的作用力动应力，使得构件的动应力与内部残余应力叠加大于材料的屈服极限，晶格滑移，产生微小的塑性形变，达释放残余应力的目的。热振复合残余应力均化是在一定温度条件下对时效件施加循环动载荷，通过热与振动时效的复合，实现时效件中残余应力的定位松弛、降低与均化。但是，以上残余应力均化方法均存在缺陷，热时效方式工艺周期长，对场地和装备要求高；振动时效对大型零件无法提供足够的动应力。
发明内容
基于上述背景，本发明提出一种热流脉冲式环件残余应力均化方法，对具有一定压力值的液压油进行加热，实现热流脉冲式复合残余应力均化，设计了一种适用于热流脉冲式环件残余应力均化的装置，具体包括机械模具系统和液压与控制系统。热流脉冲式环件残余应力均化方法，设定输出液压值为周期波动的脉冲液压，并对输出液压油进行加热，实现对零件加载热流温度、液压力、液压脉冲压力的多重载荷作用，利用外力加载进行残余应力的均化。热流脉冲式环件残余应力均化装置，包括机械模具系统和液压与控制系统，机械模具主要作用是实现零件的装夹固定，液压与控制系统进行载荷的输出与控制。
热流脉冲式环件残余应力均化方法工艺过程，如图1所示。在工艺过程中，加载具有一定压力值的脉冲液压，并对液压油进行加热，形成对零件加载的热流脉冲液压载荷，进行一定时间的保持，实现材料内部残余应力的均化与降低。该工艺过程中涉及平均液压值P、脉冲液压范围ΔP、上下临界液压值P±（ΔP/2）、脉冲周期T，升压时间t1，保压时间t2，液压温度W等工艺参数。
热流脉冲式环件残余应力均化装置，如图2所示。机械模具系统由支撑内壁4、支撑杆5、紧固螺钉6、芯模7组成。液压与控制系统由集成液压油箱1、加热装置2、输入油管3、耐温气囊8、输出油管10、冷却装置11组成。这些零部件共同构成了整套对接锁紧装置。
本发明的有益效果是：
1、可以实现热流温度、液压力、液压脉冲力多重载荷作用下的残余应力均化。
2、能够进行环件径向、轴向与周向三个方向的残余应力均化。
3、液压油通过耐温气囊作用于零件上，减少了液体泄漏。
4、可以到达高度自动化，进行工艺参数的准确控制。
5、残余应力均化效率高，设备成本低，避免了机械式胀形模具交界面的应力差。
附图说明
图1是热流脉冲式环件残余应力均化方法工艺过程示意图
图2是热流脉冲式环件残余应力均化装置示意图
图中1为集成液压油箱，2为加热装置，3为输入油管，4为支撑内壁，5为支撑杆，6为紧固螺钉，7为芯模，8为耐温气囊，9为工件，10为输出油管，11为冷却装置。
图3是热流脉冲式环件残余应力均化零件装夹示意图
图中1为集成液压油箱，2为冷却/加热装置，3为输出/输入油管，4为支撑内壁，5为耐温气囊，6为工件。
图4是热流脉冲式环件残余应力均化机械模具示意图
图中1为输入油管，2为支撑内壁，3为支撑杆，4为紧固螺钉，5为芯模，6为工件，7为输出油管。
图5是热流脉冲式环件残余应力均化装置剖面示意图
图中1为耐温气囊，2为支撑杆，3为芯模，4为紧固螺钉，5为支撑内壁，6为工件，7为输入油管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
基于上述背景，本发明提出一种热流脉冲式环件残余应力均化方法，对具有一定压力值的液压油进行加热，实现热流脉冲式复合残余应力均化，设计了一种适用于热流脉冲式环件残余应力均化的装置，具体包括机械模具系统和液压与控制系统。热流脉冲式环件残余应力均化方法，设定输出液压值为周期波动的脉冲液压，并对输出液压油进行加热，实现对零件加载热流温度、液压力、液压脉冲压力的多重载荷作用，利用外力加载进行残余应力的均化。热流脉冲式环件残余应力均化装置，包括机械模具系统和液压与控制系统，机械模具主要作用是实现零件的装夹固定，液压与控制系统进行载荷的输出与控制。
如图1所示，热流脉冲式环件残余应力均化方法工艺过程示意图。在工艺过程中，加载具有一定压力值的脉冲液压，并对液压油进行加热，形成对零件加载的热流脉冲液压载荷，进行一定时间的保持，实现材料内部残余应力的均化与降低。该工艺过程中涉及平均液压值P、脉冲液压范围ΔP、上下临界液压值P±（ΔP/2）、脉冲周期T，升压时间t1，保压时间t2，液压温度W等工艺参数。通过设置升压时间t1来控制液压力增长速率，液压温度W控制液压油热流温度，脉冲液压范围ΔP控制液压脉冲动载荷，平均液压值P决定液压力载荷。可以到达高度自动化，进行工艺参数的准确控制。
如图2所示，热流脉冲式环件残余应力均化装置示意图。机械模具系统由支撑内壁4、支撑杆5、紧固螺钉6、芯模7组成。液压与控制系统由集成液压油箱1、加热装置2、输入油管3、耐温气囊8、输出油管10、冷却装置11组成。这些零部件共同构成了整套对接锁紧装置。集成液压油箱1通过输入油管3流出具有一定压力的脉冲液压油，经由加热装置2实现热载荷施加，液体流入弹性的耐温气囊8，气囊受压膨胀，将液压静载、脉冲动载、热流温度载荷施加于零件，经由输出油管10受冷却装置11流回油箱。
如图3所示，热流脉冲式环件残余应力均化零件装夹示意图。工件6处于耐温气囊5之间，支撑内壁4位于环件最内层。液压油通过耐温气囊作用于零件上，减少了液体泄漏。残余应力均化效率高，设备成本低，避免了机械式胀形模具交界面的应力差。
如图4所示，热流脉冲式环件残余应力均化机械模具示意图。耐温气囊受到热流动载荷作用迅速膨胀，为避免气囊向环件内侧的膨胀，利用支撑内壁2进行阻挡，通过支撑杆3将向内膨胀载荷作用于芯模5。支撑杆3与芯模5通过紧固螺钉4连接，同时支撑杆3可以进行径向收缩，能够实现多组环件的残余应力均化。
如图5所示，热流脉冲式环件残余应力均化装置剖面示意图。工件6处于耐温气囊5之间，支撑内壁4位于环件最内层。耐温气囊作用于环件的内侧环壁和上下底面上，实现了环件径向、轴向与周向三个方向的残余应力均化。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和精神的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种热流脉冲式环件残余应力均化方法，设定输出液压值为周期波动的脉冲液压，并对输出液压油进行加热，实现对零件加载热流温度、液压力、液压脉冲动载力的多重载荷作用，利用外力加载实现残余应力的均化；包括一种热流脉冲式环件残余应力均化装置，包括机械模具系统和液压与控制系统，机械模具主要作用是实现零件的装夹固定，由支撑内壁、支撑杆、紧固螺钉、芯模组成，液压与控制系统进行载荷的输出与控制，由集成液压油箱、加热装置、输入油管、耐温气囊、输出油管、冷却装置组成；工件处于耐温气囊之间，支撑内壁位于环件最内层，液压油通过耐温气囊作用于零件上，减少了液体泄漏，残余应力均化效率高，设备成本低，避免了机械式胀形模具交界面的应力差；为避免气囊向环件内侧的膨胀，利用支撑内壁进行阻挡，通过支撑杆将向内膨胀载荷作用于芯模，支撑杆与芯模通过紧固螺钉连接，同时支撑杆可以进行径向收缩，能够实现多组环件的残余应力均化；耐温气囊作用于环件的内侧环壁和上下底面上，实现了环件径向、轴向与周向三个方向的残余应力均化。
2.如权利要求1所述的一种热流脉冲式环件残余应力均化方法，其特征在于，在工艺过程中，加载具有一定压力值的脉冲液压，并对液压油进行加热，形成对零件加载的热流脉冲液压载荷，进行一定时间的保持，实现材料内部残余应力的均化与降低；该工艺过程中涉及平均液压值P、脉冲液压范围ΔP、上下临界液压值P±（ΔP/2）、脉冲周期T，升压时间t1，保压时间t2，液压温度W工艺参数。
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