【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械加工，尤其涉及一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置及方法。
技术介绍
1、金属半球壳体经锻造毛坯成型以及切削加工过程中必然产生残余应力，由于残余应力的存在，不仅对金属半球壳体的制造精度(如尺寸精度、形位精度等)产生影响，而且对金属半球壳体在后续服役过程中的尺寸稳定性等使用性能产生影响。因此，控制金属半球壳体的残余应力是实现金属半球壳体高精度、高使用性能的重要前提。
2、该类构件的制造工艺主要包括锻造、粗/精车削、热处理、表面处理等工序，其变形的主要诱因是由于构件去材加工后，材料内部不均匀的残余应力分布释放导致的变形。而循环热处理或改善锻件组织结构等方法并不能高效彻底的控制构件坯料及后续加工过程中残余应力的分布，进而对构件的高加工精度及保形能力带来极大挑战。同时，针对该类大尺寸球壳类构件，如何调控其内部残余应力也是当前该类构件精密/超精密加工中面临的难题。当残余应力集中或者大于变形安全容限时，由于残余应力分布的趋衡效应，必将引起残余应力释放，构件局部出现变形。
3、对于弱刚度构件，通常表现为加工后局部强度下降，在不平衡分布状态的残余应力的作用下，发生严重的翘曲或弯曲变形。壁厚差越大，变形越大，开裂可能性越大，这就是弱刚度构件容易变形开裂的原因。解决弱刚度构件加工变形和开裂的有效途径是在加工制造成形过程中，同步消减和均化构件内部的残余应力分布状态，持续重建和保持机械构件内部残余应力处于均匀分布的平衡状态。传统采用自然时效、热处理、振动时效等方法进行残余应力消减与调控。但是自然时效周期长，只
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置及方法，本专利技术在调控环节将大功率超声能量注入到残余应力待调控区域，借助高能波动对材料微观组织的作用机理，改变金属材料晶格间约束力，使晶格之间的位错从不稳定的高能状态过渡到稳定状态，原来的晶格间能量状态被打破，形成新的低能组态织构，残余应力重新分布，达到平衡和稳定。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，包括支撑装置和激励装置；
4、所述支撑装置包括铝合金桌面，所述铝合金桌面下方设有四个铝型材支架，所述铝型材支架底部设有脚轮，相邻的铝型材支架之间设有铁皮门，所述铁皮门上有若干轴流风扇；
5、所述铝合金桌面中部设有通孔，所述通孔周围还设有四个吊耳；
6、所述激励装置包括球壳工装，所述球壳工装外表面设有若干激励器，所述激励器通过法兰与球壳工装连接；所述激励器与球壳工装的接触面上设有透声橡胶；所述球壳工装外表面底部设有支撑块；
7、所述球壳工装设置在通孔内，并通过螺钉固定在铝合金桌面上。
8、进一步方案为，支撑块用于调节构件位置，使得激励器都能垂直构件球心，保证后续试验一致性。
9、进一步方案为，通孔周围均匀分布有若干定位块及盖板压块，所述定位块用于找平以及限位；所述盖板压块上设有螺钉。
10、本专利技术另一方面还提供了一种金属半球壳体多通道残余应力调控方法，包括以下步骤：
11、步骤1，检测并记录金属半球壳体待调控部位的应力值；
12、步骤2，将金属半球壳体放入球壳工装内，并通过拧紧定位块上的螺钉进行找平以及限位，使金属半球壳体每次放置能够放平且高度一致；拧上盖板压块上的螺母，给金属半球壳体一定的压力，避免在调控过程中产生松动；在变幅杆前端贴上透声橡胶，使变幅杆工作面与被调控金属球壳表面紧密柄合；弹簧安装塞打螺钉上，通过调整激励器与激励器安装球壳面的距离使其与构件紧密接触，减少超声波能量损失，使高能声束更好的输入金属半球壳体；
13、步骤3，开启高能声束换能器向金属半球壳体内发射高能声束，并控制工作频率在10-20khz范围内，同时开启轴流风扇给激励器散热，根据待调控部位应力值的大小设定不同通道高能声束换能器的调控时间和振幅，并使电压和输出电流相位一致，控制高能声束是声波能量聚焦到材料表面或内部；
14、步骤4，到达预计调控时间，关闭相应的高能声束换能器，当所有通道高能声束换能器关闭后，从球壳工装上取下金属半球壳体；
15、步骤5，检测并记录金属半球壳体待调控部位的应力值，并与初始的应力值相比较，并与上次检测的应力值进行比较，如应力值减小则重新回到步骤2，如应力值不再变化，则计算平均残余应力消减率和残余应力均化率后结束。
16、本专利技术的有益效果在于：
17、本专利技术的一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置及方法，通过多通道耦合模式能够实现金属球壳类结构内三维残余应力场的无损消减，对构件表面和内部没有任何损伤，特别适合在现场对构件局部残余应力进行在线和原位调控和消减，提高构件抗损伤能力，预防构件变形，延长使用寿命，提高装备服役的安全性和可靠性。
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1.一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，其特征在于，包括支撑装置和激励装置；
2.如权利要求1所述的一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，其特征在于，所述支撑块用于调节构件位置，使得激励器都能垂直构件球心，保证后续试验一致性。
3.如权利要求1所述的一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，其特征在于，所述通孔周围均匀分布有若干定位块及盖板压块，所述定位块用于找平以及限位；所述盖板压块上设有螺钉。
4.一种金属半球壳体多通道残余应力调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，其特征在于，包括支撑装置和激励装置；
2.如权利要求1所述的一种金属半球壳体多通道残余应力调控装置，其特征在于，所述支撑块用于调节构件位置，使得激励器都能垂直构件球心，保证后续试验一致性。
【专利技术属性】
技术研发人员：徐尧，张伟斌，陶杰，何荣芳，高国防，王军，周海强，马志强，王舒静，杨禧龙，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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