[发明专利]一种消除带内筋筒形件流动旋压残余应力的方法

说明书

一种消除带内筋筒形件流动旋压残余应力的方法，包括：将芯模和旋轮安装在旋压机上，控制旋轮沿着筒坯的径向进给，达到预设的减薄率后，再控制旋轮轴向进给，完成流动旋压成形过程，得到带内筋筒形件；将旋轮沿带内筋筒形件的径向退出，将旋轮更换为超声刀具；控制超声刀具先压紧在带内筋筒形件的外表面，再由旋压机的主轴转动带动芯模转动以使带内筋筒形件随芯模转动，同时开启超声发生器产生由超声刀具发出的超声高频振动，并控制超声刀具沿带内筋筒形件轴向进给；关闭超声发生器以及旋压机的主轴，以得到消除了流动旋压残余应力的带内筋筒形件。本发明流动旋压成形后的带内筋筒形件无需从芯模上卸除，可直接进行后续的超声冲击，大大节省了操作时间。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体涉及一种消除带内筋筒形件流动旋压残余应力的方法。

背景技术

随着航空航天高端装备的快速发展，对高性能、轻量化装备的需求日益增长。带内筋筒形件作为典型的轻量高效结构件，在航空航天等领域应用广泛。流动旋压成形技术具有材料利用率高、加工成本低、成形载荷低等优点，主要用于薄壁回转体类构件的整体制造，是成形带内筋筒形件的首选方式。

在流动旋压成形过程中，材料径向减薄，并向周向和轴向流动，内筋筋槽的存在加剧了材料流动的复杂性，变形过程十分复杂。不均匀的塑性变形和筒形件内筋结构的限制，导致流动旋压成形后构件内部会存在分布不均匀的残余应力，内筋和无内筋处残余应力分布差异较大，二者过渡区还是应力集中的区域。而残余应力影响了构件的使用性能，因此需对流动旋压成形后带内筋筒形件残余应力进行消除。

目前降低或消除残余应力的方法有热处理法、振动时效法、超声冲击法等。热处理法是在实际生产中应用非常广泛的一种消除残余应力的方法，需要把构件加热到一定温度，保温适当的时间后缓慢冷却至室温。热处理法耗时较短，但能耗高、有一定的污染，残余应力消除效果不明显，并且容易造成带内筋筒形件变形，降低构件尺寸精度。振动时效法利用机械振动消除残余应力，当构件因机械振动产生的应力与残余应力叠加后的应力值大于材料的屈服极限时，构件就会产生微小的塑性变形，残余应力得以释放。振动时效法对构件形状和尺寸没有限制，但带内筋筒形件残余应力分布复杂，过渡区残余应力集中，导致此方法难以有效消除构件的残余应力。超声冲击法以大功率超声波设备驱动冲击工具头对金属表面进行高频率冲击，使构件表层产生塑性变形，从而降低内部残余应力。此方法可在金属表层产生残余压应力，在消除焊接件残余应力方面的应用较多，其作用深度可达10～12mm。以上几种方法在使用过程中均存在一些缺陷和局限性。

因此，随着带内筋筒形件在航天航空领域的应用日益广泛，为避免流动旋压成形后的残余应力影响构件的使用性能，亟需一种，特别是在加工过程中消除带内筋筒形件流动旋压成形残余应力的方法。

发明内容

基于此，本发明提供了一种消除带内筋筒形件流动旋压残余应力的方法，以解决流动旋压成形后带内筋筒形件内部残余应力分布不均匀的技术问题，即避免了残余应力对构件后续加工以及使用性能造成的不良影响，从而实现了构件的整体精确塑性成形。

为实现上述目的，本发明提供了一种消除带内筋筒形件流动旋压残余应力的方法，其包括以下步骤：

1)将芯模和旋轮安装在旋压机上，并将壁厚为t的筒坯固定在芯模上，由旋压机的主轴转动带动芯模转动以使筒坯随芯模转动，控制旋轮沿着筒坯的径向进给，达到预设的减薄率后，再控制旋轮轴向进给，完成流动旋压成形过程，得到带内筋筒形件；

2)关闭旋压机，将旋轮沿带内筋筒形件的径向退出，然后将旋轮更换为超声刀具，并将超声刀具与超声发生器连接；

3)控制超声刀具先以预设静压力压紧在带内筋筒形件的外表面，再由旋压机的主轴转动带动芯模转动以使带内筋筒形件随芯模转动，同时开启超声发生器产生由超声刀具发出的超声高频振动，并控制超声刀具沿带内筋筒形件轴向进给，直至整段筒形件处理完以完成一道次的冲击处理；