[发明专利]一种热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置

说明书

本发明涉及一种热振‑喷丸一体化复合工艺应力调控装置，通过将温度部分、振动部分、喷丸部分的一体化设计，进行零件表层应力强化内部应力均化的复合式残余应力调控。本装置包括温度部分、振动部分、喷丸部分、控制部分和其他部分。温度部分和振动部分独立或耦合作用实现零件残余应力的均化。喷丸部分实现零件表层应力的强化。控制部分实现工艺参数的集成控制。其他部分进行装置连接与工艺辅助。与现有技术相比，本发明显著优点有：1)发明了一种热振‑喷丸一体化复合工艺应力调控装置，实现应力调控装置的集成；2)通过振动部分的共同作用，最大动应力作用于零件上，提高残余应力均化效果；3)一体化集成装置有效提高应力调控效率。

技术领域

本发明涉及一种热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置，属于机械制造工艺领域。

背景技术

随着新一代航空航天产品的发展，对各种结构件减重需求提高，对零件的性能要求越来越高。其部分关键件在高温和振动条件下服役，因此在零件制造过程中需要进行必要的应力调控。航空航天零件制造过程中需要进行大量材料去除，受到零件内部初始残余应力和切削应力的耦合，经过机械加工后零件容易产生变形，材料内大量残余应力的积累，将会导致零件表面裂纹的扩展。热时效方法通过对零件的加热实现材料内部的应力松弛，振动时效对零件加载动应力实现残余应力的降低与均化，热振复合时效是受热作用影响提高振动载荷的作用效果，其残余应力均化效果具有明显的优点。喷丸作用通过对零件喷射大量弹丸，通过引入表面压残余应力大幅度提升零件的疲劳强度、耐磨性等使用性能。各工艺阶段均需要分步进行处理，但是面临着工序复杂，成本高昂，所占面积大等一系列问题。针对这些问题，本发明设计了一种热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置，通过发明装置实现热作用、振动作用与喷丸作用的独立工艺与相互耦合的工艺过程，进行零件残余应力的调控，解决分步应力调控工艺过程复杂和应力分布状态差等难题。

发明内容

基于上述背景，本发明涉及一种热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置，通过将温度部分、振动部分、喷丸部分的一体化设计，实现热振复合残余应力均化和喷丸残余应力强化的复合应力调控，达到零件表层残余应力强化内部残余应力均化的应力分布效果。

本装置具体包括五大部分，温度部分、振动部分、喷丸部分、控制部分和其他部分，如图1所示。温度部分主要由保温夹层3，电热丝11组成。振动部分主要由电磁激振器13，激振器夹具14，装夹平台15，振动配重20组成。温度部分和振动部分共同构成热振复合残余应力均化系统，利用该系统热载荷和振动载荷的独立或耦合作用可以实现零件残余应力的均化。喷丸部分主要由减速器4，弹丸储箱支架5，弹丸储箱6，电机7，喷丸管支架8，喷丸管9，喷丸管夹具10，高压储气罐18，高压气管19，弹丸回收仓21。喷丸部分构成该装置的喷丸残余应力强化系统，利用该系统可以实现零件表层残余应力的强化。控制部分主要由集成数显控制箱12组成，该部分可以实现相关工艺参数的集成控制。其他部分主要由箱体1，箱门2，零件16，零件夹具17组成，该部分主要起到装置连接与工艺辅助的作用。

如图2所示，热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置组成说明图，装置由温度部分、振动部分、喷丸部分、控制部分和其他部分组成。温度部分通过加热丝实现箱体内温度的提升，涉及温度值、升温速度、保温时间等相关工艺参数设定。振动部分通过电磁式激振器将动载荷作用于装夹平台上，通过动应力与内部残余应力的耦合，实现残余应力的降低与均化，主要涉及振动频率、最大动应力、振动时间等相关工艺参数。温度部分和振动部分可以相互独立作用或耦合作用，实现零件整体残余应力的均化。喷丸部分对残余应力均化后的零件进行喷丸应力强化，高速弹丸作用于零件表面引入压缩残余应力，实现对零件表层疲劳裂纹的抑制，主要涉及喷丸距离、喷丸强度、喷丸时间、覆盖率、弹丸等相关参数。控制部分实现工艺过程的参数化控制。其他部分对整个装置主要起连接作用，其中零件的装夹方式和装夹力对零件应力调控具有显著影响，需要在工艺实施阶段特别考虑。

本发明的有益效果是：

1、发明了一种热振-喷丸一体化复合工艺应力调控装置，实现了应力调控工艺的装置集成。