机载共形曲面薄壁件的应力处理方法技术

本发明专利技术涉及一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，应用于机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程中，应力处理方法包括深冷时效处理和振动时效处理。本发明专利技术针对不同类型机载共形铝合金薄壁件的加工，引入深冷处理、振动时效等多种新型去应力方式，在分析研究各种去应力方式对典型机载共形铝合金薄壁件应力变形处理效果的基础上，形成能提高机载共形铝合金薄壁件几何尺寸和形位精度的稳定性和合格率的，多种去应力方式综合运用的处理方法。

Stress Treatment Method for Airborne Conformal Surface Thin-walled Parts

The invention relates to a stress treatment method for airborne conformal surface thin-walled parts, which is applied to the processing process of airborne conformal surface thin-walled parts. The stress treatment method includes cryogenic aging treatment and vibration aging treatment. According to the processing of different types of airborne conformal aluminum alloy thin-walled parts, the present invention introduces several new stress-relieving methods, such as cryogenic treatment, vibration aging and so on. On the basis of analyzing and researching the effect of various stress-relieving methods on the stress-deformation treatment of typical airborne conformal aluminum alloy thin-walled parts, the stability and qualification rate that can improve the geometric dimension and position accuracy of airborne conformal aluminum alloy thin-walled parts are formed. The treatment method of comprehensive application of various stress relief methods.

【技术实现步骤摘要】
机载共形曲面薄壁件的应力处理方法
本专利技术属于铝合金薄壁件的加工
，具体涉及一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法。
技术介绍
由于飞行器表面多为曲面，并多存在薄壁、异形等特殊结构要素，这大大提升了机载共形设备的加工难度，然而金属加工产生的残余应力问题由来已久，业已证明，在金属切削加工过程中，已加工表面层产生残余应力，同时又由于切削过程切削力和切削热的作用以及材料的去除导致工件基体状态发生变化等综合因素的影响，使得零件内部原有的残余应力重新分布并与表层残余应力耦合形成新的残余应力分布规律，残余应力的存在，严重影响了已加工零件的几何尺寸稳定性。通过大量查阅国内外相关资料发现，因残余应力导致结构件变形问题不只是材料、工艺的问题，而更具有一般意义，任何材料只要进行切削加工，就会发生不同程度的变形，这种变形对于兼具功能特性与高尺寸精度的机载共形设备来说，更是有着致命的影响，因此如何消除机载共形薄壁结构件在机加过程中残余应力，避免零件发生应力变形成为共形技术运用的一个重点和难点。铝合金以其密度低、强度高、热加工性能好等优点，一直是航空航天、军工电子、装备制造业等众多领域中常见的最主要结构材料。而铝合金不仅具有强度高、塑性好、易成形等诸多特点，而且密度较小，所以其较之碳钢和不锈钢薄壁件更能满足军工产品日益严苛的轻质减重要求。因此机载共形铝合金薄壁件正以其无法替代的优越性正被广泛应用。目前，用于机载共形薄壁结构件的各系列铝合金强度较高，硬度较大，塑性相对较差，薄壁加工时成形困难，易产生裂纹。铝合金通过固溶强化获得高强韧性的同时，会在一定程度上产生较严重的淬火残余应力，所产生的残余应力引起的机载共形薄壁件耐应力腐蚀性能与疲劳强度下降，以及机械加工时尺寸不稳定等系列问题一直是困扰机载共形薄壁件机械加工的难题。鉴于机载共形铝合金薄壁零件在切削加工过程中的工艺特点，基本排除采用单一的低温去应力退火的可能性，而通过机械冷压、压缩或振动等应力消除方法对薄壁件的处理极易产生二次接触应力变形。现有的机载共形铝合金薄壁件热处理后校正成形的加工方法，仅采用单一的有效手段加工消除零件的形变，最终获得的几何尺寸和形位精度的稳定性和合格率较差。因此寻找一种适用于机载共形铝合金薄壁件的综合去应力处理方式是保证产品性能的关键。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，能够解决机载共形曲面薄壁件类型的零件在加工过程中极易产生大量得残余应力，从而造成零件尺寸稳定性较差的问题。根据本专利技术提供了一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，应用于机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程中，其中，典型机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程的基本工序依次为：备料，铣削粗加工，去毛刺校形一，半精铣一，去毛刺攻钻，固溶预处理，校形二，半精铣二，去应力热处理，精铣，特种加工，去毛刺校形三，应力处理方法包括深冷时效处理和振动时效处理；其中，除铣削粗加工与去毛刺校形一之间的工序间隙和半精铣一与去毛刺攻钻之间的工序间隙外，振动时效处理可以应用于加工工艺流程的所有工序间隙中；深冷时效处理只应用于去毛刺校形一与半精铣一之间的工序间隙、去毛刺攻钻与固溶预处理之间的工序间隙、固溶预处理与校形二之间的工序间隙以及去应力热处理和精铣之间的工序间隙中。在一个实施例中，进行深冷时效处理的深冷操作箱的内部设有搁物架，其中，搁物架为一端固定，另一端水平悬空的刚性悬臂梁。在一个实施例中，搁物架的另一端悬空点位于深冷操作箱的中心处。在一个实施例中，机载共形曲面薄壁件悬挂在刚性悬臂梁上。在一个实施例中，深冷操作箱内还设有温度传感器，其中，温度传感器与刚性悬臂梁一体结构设计。在一个实施例中，深冷时效处理包括以下步骤：S1，深冷预处理的固溶预处理；S2，深冷处理中的降温过程；S3，深冷处理后的介质中上坡淬火。在一个实施例中，步骤S1中的固溶预处理包括固溶升温段和固溶保温段，其中，固溶升温段的升温时间为t1，t1为240～360s；固溶保温段的保温温度为T1，T1为150～490℃，保温时间为t2，t2为1200～3600s。在一个实施例中，步骤S2中的降温过程包括深冷降温段、深冷第一阶段保温段，深冷第二阶段保温段和深冷第三阶段保温段，其中深冷降温段的降温时间为t3，t3为15～30s；深冷第一阶段保温段的保温温度为T2，T2为-90～-110℃，保温时间为t4，t4为1200～2400s；深冷第二阶段保温段的保温温度为T3，T3为-140～-160℃，保温时间为t5，t5为1200～2400s；深冷第三阶段保温段的保温温度为T4，T4为-196℃，保温时间为t6，t6为1800～2400s。在一个实施例中，步骤S3中的介质中上坡淬火包括上坡淬火段和高温介质保温段，其中，上坡淬火段的升温时间为t7，t7为15～30s；高温介质保温段的保温温度为T5，T5为50～80℃，保温时间为t8，t8为300～540s。在一个实施例中，进行振动时效处理的振动时效装夹具包括振动工装平台，振动工装平台的上部设有多个工艺中间件，工艺中间件在振动工装平台上呈栅格状排列固定。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术针对不同类型的铝合金机载共形曲面薄壁件的加工，包括：人工时效处理、热时效处理、振动时效处理、深冷时效处理四种去应力时效方式结合在一起，根据加工工序的规划，在铝合金薄壁结构件加工全过程实施的综合去应力方法，有效解决了铝合金薄壁结构件在加工应力去除中，简单时效方法难以使其外形尺寸精度达到产品设计要求的问题；2、本专利技术针对共形薄壁件设计了可悬挂的零件处理摆放方式，以及悬挂位置和温度感应位置集成在一起，不仅使零件在操作中位于设备的中心区域，而且保证了温控精度；3、在本专利技术的深冷时效处理工艺中，工件在第二梯度温度降到第三梯度温度的过程中经历了降温-保温-降温-保温-降温-保温的过程，在重复的降温和保温的过程中使得工件内的大部分残余应力得以释放，处理完成后的工件的尺寸精度偏差有了明显的变小，全部达到了工艺要求，尺寸稳定性较深冷处理工艺平均提高了近1倍。4、在本专利技术的振动时效处理工艺中，工艺中间件中夹持筋的存在，使得定位和夹持位置分布在预留于工件四周的夹持筋上，后期作振动时效处理时，夹持位置刚度高，可将平台的振动能量很好地传递到共形曲面薄壁件上。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：图1为现有机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程图；图2为本专利技术的应力处理方法的实施方案；图3为本专利技术进行深冷时效处理的深冷操作箱结构图；图4为现有深冷时效处理的工艺参数实例曲线；图5为本专利技术深冷时效处理的工艺参数实例曲线；图6为本专利技术深冷时效处理的工艺参数组合表；图7为本专利技术频谱谐波振动时效工装平台结构示意图；图8为工艺中间件的结构示意图。在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。借此对本专利技术如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本专利技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，应用于机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程中，其中，典型机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程的工序依次为：备料，铣削粗加工，去毛刺校形一，半精铣一，去毛刺攻钻，固溶预处理，校形二，半精铣二，去应力热处理，精铣，特种加工，去毛刺校形三，其特征在于，应力处理方法包括深冷时效处理和振动时效处理；其中，振动时效处理应用于工序备料和铣削粗加工之间、去毛刺校形一与半精铣一之间、去毛刺攻钻与固溶预处理之间、固溶预处理与校形二之间、校形二与半精铣二之间、半精铣二与去应力热处理之间、去应力热处理与精铣之间、精铣与特种加工之间以及特种加工与去毛刺校形三之间的工序间隙中；深冷时效处理应用于去毛刺校形一与半精铣一之间的工序间隙、去毛刺攻钻与固溶预处理之间的工序间隙、固溶预处理与校形二之间的工序间隙以及去应力热处理和精铣之间的工序间隙中。

【技术特征摘要】
1.一种机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，应用于机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程中，其中，典型机载共形曲面薄壁件的加工工艺流程的工序依次为：备料，铣削粗加工，去毛刺校形一，半精铣一，去毛刺攻钻，固溶预处理，校形二，半精铣二，去应力热处理，精铣，特种加工，去毛刺校形三，其特征在于，应力处理方法包括深冷时效处理和振动时效处理；其中，振动时效处理应用于工序备料和铣削粗加工之间、去毛刺校形一与半精铣一之间、去毛刺攻钻与固溶预处理之间、固溶预处理与校形二之间、校形二与半精铣二之间、半精铣二与去应力热处理之间、去应力热处理与精铣之间、精铣与特种加工之间以及特种加工与去毛刺校形三之间的工序间隙中；深冷时效处理应用于去毛刺校形一与半精铣一之间的工序间隙、去毛刺攻钻与固溶预处理之间的工序间隙、固溶预处理与校形二之间的工序间隙以及去应力热处理和精铣之间的工序间隙中。2.根据权利要求1所述的机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，其特征在于，进行深冷时效处理的深冷操作箱的内部设有搁物架，其中，搁物架为一端固定，另一端水平悬空的刚性悬臂梁。3.根据权利要求2所述的机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，其特征在于，搁物架的另一端悬空点位于深冷操作箱的中心处。4.根据权利要求2所述的机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，其特征在于，机载共形曲面薄壁件悬挂在刚性悬臂梁上。5.根据权利要求2所述的机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，其特征在于，深冷操作箱内还设有温度传感器，其中，温度传感器与刚性悬臂梁一体结构设计。6.根据权利要求1所述的机载共形曲面薄壁件的应力处理方法，其特征在于，深冷时效处理包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：任清川，周永，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51