專利名稱：一種應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及去應(yīng)力方法，尤其是將振動時效技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒去除殘余應(yīng)力，從而改善應(yīng)力分布，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性，具體涉及一種應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒結(jié)構(gòu)是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的重要組成部分，通常由鋁合金上、下法蘭(鍛鋁)，鋁合金蒙皮(硬鋁)，鉚釘(硬鋁)，桁條(硬鋁)等幾種零部件構(gòu)成。法蘭與蒙皮，桁條與蒙皮，法蘭、桁條與蒙皮之間的連接都是鉚接。蒙皮在鉚接前進(jìn)行了拉型成型，上、下法蘭進(jìn)行了機(jī)械加工處理，桁條經(jīng)過了淬火、成型工藝過程。因其結(jié)構(gòu)剛性、穩(wěn)定性好，制造成本相對較低等優(yōu)點(diǎn)，一直在各類衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)研制中廣泛應(yīng)用。然而長期以來，鋁合金鉚接承力筒的制造一直面臨殘余應(yīng)力過大導(dǎo)致產(chǎn)品變形的問題。其主要體現(xiàn)在①端框圓度超差、平面度超差；②總聞度超差；③法蘭厚度超差等，造成后序加工的難度和質(zhì)量的不穩(wěn)定。誤差變形將嚴(yán)重影響衛(wèi)星的整星裝配精度，對衛(wèi)星的研制生產(chǎn)是不利的。經(jīng)分析得出造成產(chǎn)品變形的主要因素之一就是鉚接應(yīng)力釋放與端框機(jī)加殘余應(yīng)力的疊加。由于承力筒是由不同材料組成，相同材料的結(jié)構(gòu)尺寸也不均勻，所以不適合對承力筒整體進(jìn)行熱時效。目前，鋁合金鉚接承力筒的應(yīng)力改善方法主要有兩個措施①上下端框在機(jī)械加工時采用熱處理去除應(yīng)力；②鉚接后主要采用自然時效去除應(yīng)力，這種方法耗時且去應(yīng)力效果不夠理想。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前還沒有將振動時效技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒去應(yīng)力過程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述 現(xiàn)有技術(shù)的不足，將振動時效技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒結(jié)構(gòu)去除殘余應(yīng)力中，分析振動時效后承力筒應(yīng)力消除效果以及振動時效對承力筒結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定振動時效應(yīng)用于鋁合金鉚接承力筒的工藝方法及工藝參數(shù)，解決衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒由于殘余應(yīng)力導(dǎo)致變形的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，包括如下步驟步驟一進(jìn)行振動準(zhǔn)備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點(diǎn)均布支撐方式支撐承力筒，用工裝固定承力筒，選擇激振器的位置、偏心檔，選擇拾振器的位置，其中，承力筒尺寸包括平面度、平行度、圓度、高度；步驟二 于振動前進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)；步驟三進(jìn)行振動時效試驗(yàn)；步驟四于振動后進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)；步驟五測量重要工序尺寸，其中，重要工序尺寸包括承力筒的上端框外徑、下端框外徑、上端框圓度、上端框平面度、以及下端框平面度。優(yōu)選地，在所述步驟一中，采取圓周均布的三點(diǎn)或四點(diǎn)彈性支撐方式支撐承力筒，支撐位置應(yīng)在主振頻率的節(jié)線處或附近，且每一個支撐位置距離承力筒圓心的距離為支撐位置所在圓周半徑的2/3。優(yōu)選地，在所述步驟一中，激振器剛性地固定在承力筒的剛度較強(qiáng)或振幅較大處，激振器偏心角度為5°。優(yōu)選地，在所述步驟一中，采用加速度傳感器做為拾振器，加速度傳感器安裝在遠(yuǎn)離激振器的承力筒振幅較大處。優(yōu)選地，在所述步驟二和/或步驟四中，采用敲擊法進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，將承力筒和工裝作為一個整體的系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，在承力筒上法蘭上均布四個測量點(diǎn)，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數(shù)據(jù)由四個測量點(diǎn)采集，并輸入到計(jì)算機(jī)。優(yōu)選地，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的振動方式具體為將激振器和拾振器剛性地固定在為共振時的相鄰節(jié)線的角平分位置處，進(jìn)行第一次激振試驗(yàn)，第一次激振試驗(yàn)包括振前掃描、激振、振后掃描；將激振器偏移15°，進(jìn)行第二次激振試驗(yàn)，第二次激振試驗(yàn)同樣包括振前掃描、激振、振后掃描。優(yōu)選地，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的振動力度與時間具體為每一次振動試驗(yàn)的振動時間為15分鐘，當(dāng)處理器采集的數(shù)據(jù)曲線符合A-t曲線上升后變平，A-n曲線振后比振前的峰值升高時，即停止振動。優(yōu)選地，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的掃頻速度采用200r/min的升速進(jìn)行掃 頻。更為具體地，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明采用振動時效技術(shù)，振動時效簡稱VSR (Vibratory Stress Relief),是利用一種嚴(yán)格受控的振動能量，讓工件發(fā)生共振，使施加于工件上的交變動應(yīng)力與工件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加達(dá)到一定數(shù)值后，在應(yīng)力集中最嚴(yán)重部位就會超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形，這種塑性變形降低了局部殘余應(yīng)力峰值，均化了工件的殘余應(yīng)力場，并強(qiáng)化了金屬基體，提高了工件抗動載、抗變形能力，穩(wěn)定了工件尺寸精度。通過對衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒殘余應(yīng)力的振動時效工藝試驗(yàn)，分析振動時效后承力筒應(yīng)力消除效果以及振動時效對承力筒結(jié)構(gòu)和性能的影響，并應(yīng)用“模態(tài)試驗(yàn)+外形尺寸測量”的方法對振動時效效果進(jìn)行評定。通過采用模態(tài)試驗(yàn)方法分析鋁合金鉚接承力筒振動時效前后的頻率、帶寬可知鋁合金鉚接承力筒振動后頻率變化不大，共振峰帶寬變窄，說明其均化了應(yīng)力分布，對剛度的穩(wěn)定有效果；通過測量鋁合金鉚接承力筒振動時效前后的上下端框尺寸變化量可知其尺寸變化量較大，放置一段時間后，其外形尺寸變化量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這說明振動時效對鋁合金鉚接承力筒的應(yīng)力釋放和其尺寸穩(wěn)定有很好的作用。經(jīng)測量其上下端框圓度尺寸和高度尺寸變化量滿足我們的要求。通過以上一系列的試驗(yàn)，最終確定了振動時效應(yīng)用于鋁合金鉚接承力筒的工藝方法及工藝參數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明采用振動時效方法有效去除鋁合金鉚接承力筒殘余應(yīng)力，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；大大縮短衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒生產(chǎn)周期，有效保證了生產(chǎn)進(jìn)度。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯圖1為衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為振動時效設(shè)備；圖3為振動時效試驗(yàn)安裝圖，圖3中，子圖(a)為第一次激振時的裝夾位置，子圖(b)為第二次激振時的裝夾位置；圖4為衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒振動時效試驗(yàn)工藝流程圖。圖中I為上端框,2為蒙皮,3為祐1條,4為鉚釘,5為下端框,6為拾振器,7為偏心輪激振器，8為工件，9為彈性橡膠墊，10為工裝。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例如圖1所示為某型號衛(wèi)星的鋁合金鉚接承力筒，其主要包括材料為2A14T6的上下端框、2A12T4的蒙皮及桁條，鉚接采用材料為2A01的各類鉚釘。如圖2所示為振動時效設(shè)備，其主要由處理器、工件、工裝、激振電機(jī)、彈性橡膠墊、拾振器等組成。試驗(yàn)設(shè)備放在水平面較好的地面上進(jìn)行，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、激振器、拾振器等組成振動回路，從而對工`件、工裝系統(tǒng)進(jìn)行激振和數(shù)據(jù)分析。如圖3所示為振動時效試驗(yàn)安裝圖。首先橡膠墊120均布，將鋁合金鉚接承力筒放于橡膠墊上。按圖3 Ca)要求安裝激振器和拾振器，用工裝夾具裝夾好，進(jìn)行第一次激振試驗(yàn)，按圖3 (b)要求安裝激振器和拾振器，用工裝夾具裝夾好，進(jìn)行第二次激振試驗(yàn)。如圖4所示為衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒振動時效試驗(yàn)方法的工藝流程。首先對衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒進(jìn)行振動時效，采用“模態(tài)試驗(yàn)+外形尺寸測量”的方法，測得其振動時效試驗(yàn)前后的變化。目的是通過對比試驗(yàn)，對振動時效方法應(yīng)用于下裙鉚接件進(jìn)行定性評價。本發(fā)明具體流程如下如圖4所示，采用兩個結(jié)構(gòu)材料相同的衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒，其中一個為組合加工完畢的承力筒，命名為工藝件，另一個處在組合加工前的狀態(tài)，命名為試驗(yàn)件。在同樣的環(huán)境條件下進(jìn)行振動時效試驗(yàn)，并且相應(yīng)提高了工藝件的激振力和激振頻率，詳細(xì)步驟為( I)振動準(zhǔn)備工作①振前測量工件尺寸(包括平面度、平行度、圓度、高度等)。②采用三點(diǎn)均布支撐方式支撐。為了使工裝處于自由狀態(tài)，應(yīng)采取三點(diǎn)或四點(diǎn)彈性支撐工裝。在保持工裝靜動態(tài)平穩(wěn)的前提下，支撐的數(shù)目越少越好。支撐位置應(yīng)在主振頻率的節(jié)線處或附近。因此，采用三點(diǎn)均布支撐，且每一個支撐距離圓心的距離為半徑的2/3。
③選擇激振器的位置、偏心檔激振器應(yīng)剛性地固定在工件的剛度較強(qiáng)或振幅較大處，但不準(zhǔn)固定在工件的強(qiáng)度和剛度很低部位。激振力隨著偏心角度的增大而增大。分別采用5°、10°、15°、20°、30°的偏心角度對其掃頻試驗(yàn)。通過試驗(yàn)得出其偏心角度為5°即可滿足要求。④選擇拾振器的位置本系統(tǒng)采用加速度傳感器做為拾振器。加速度傳感器應(yīng)安裝在遠(yuǎn)離激振器并且振幅較大處。(2)振動時效試驗(yàn)①振動方式 將激振器和加速度傳感器剛性地固定在如圖3 Ca)所示的位置，其中虛線所示位置為共振時的節(jié)線(波谷)位置，即振動盲區(qū)。第一次激振試驗(yàn)，包括振前掃描，激振，振后掃描；如圖3 (b)所示，激振器偏移15°，進(jìn)行第二次激振試驗(yàn)，同樣包括振前掃描，激振，振后掃描。其目的在于，涵蓋第一次試驗(yàn)中沒有達(dá)到的振動盲區(qū)。②振動力度與時間工藝件和毛坯件的第一次激振和第二次激振參數(shù)依照J(rèn)B/T5926-2005標(biāo)準(zhǔn)的振動時效的工藝效果評定方法。每一次振動的時間為15分鐘。當(dāng)處理器采集的數(shù)據(jù)曲線符合A-t曲線上升后變平，A-n曲線振后比振前的峰值升高時，即可說明工件已達(dá)到振動時效效果，從而停止振動。③掃頻速度由于工件有阻尼，在強(qiáng)迫振動下要達(dá)到其穩(wěn)態(tài)是需要時間的，而實(shí)際情況下VSR掃頻升速時是連續(xù)升速的。這樣就沒有給工件留下足夠的響應(yīng)時間來達(dá)到穩(wěn)態(tài)。故掃頻速率不同，工件響應(yīng)時間就不同，在共振區(qū)達(dá)到共振的頻率就不同。采用200r/min的升速進(jìn)行掃頻。(3)模態(tài)試驗(yàn)采用敲擊法進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，將承力筒和工裝作為一個整體的系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，在承力筒上法蘭上均布四個測量點(diǎn)，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數(shù)據(jù)由四個測量點(diǎn)采集，并輸入到計(jì)算機(jī)。經(jīng)過兩個試驗(yàn)件振動前后模態(tài)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)振動試驗(yàn)后，鉚接承力筒的主頻沒有出現(xiàn)變化，結(jié)構(gòu)特性曲線也基本相同。因此，可以認(rèn)為該鉚接承力筒振動前后的結(jié)構(gòu)特性沒有出現(xiàn)變化。即亞共振點(diǎn)的振動時效試驗(yàn)對鉚接結(jié)構(gòu)件無大的傷害。(4)重要工序尺寸測量為了全面考察振動時效前后尺寸的變化，對其中的重要工序進(jìn)行尺寸測量。具體的測量尺寸包括上、下端框外徑，上端框圓度和上、下端框平面度。在工件上標(biāo)記四個點(diǎn)，通過對各點(diǎn)振動前后圓度的測量數(shù)據(jù)可以看出振動前后其上端框外徑尺寸變化量最大為O. 26mm，其下端框外徑尺寸變化量最大為O. 7mm，其高度方向尺寸變化量為O. 22_，因此，可以說明振動時效對衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒殘余應(yīng)力的消除起到了很好的作用。因此本方法采用振動時效技術(shù)，可以有效去除鉚接承力筒殘余應(yīng)力，使鋁合金鉚接承力筒結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定，滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；大大縮短衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，有效保證了生產(chǎn)進(jìn)度。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容 。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一進(jìn)行振動準(zhǔn)備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點(diǎn)均布支撐方式支撐承力筒，用工裝固定承力筒，選擇激振器的位置、偏心檔，選擇拾振器的位置，其中，承力筒尺寸包括平面度、平行度、圓度、高度； 步驟二 于振動前進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)； 步驟三進(jìn)行振動時效試驗(yàn)； 步驟四于振動后進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)； 步驟五測量重要工序尺寸，其中，重要工序尺寸包括承力筒的上端框外徑、下端框外徑、上端框圓度、上端框平面度、以及下端框平面度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟一中，采取圓周均布的三點(diǎn)或四點(diǎn)彈性支撐方式支撐承力筒，支撐位置應(yīng)在主振頻率的節(jié)線處或附近，且每一個支撐位置距離承力筒圓心的距離為支撐位置所在圓周半徑的2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟一中，激振器剛性地固定在承力筒的剛度較強(qiáng)或振幅較大處，激振器偏心角度為5。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟一中，采用加速度傳感器做為拾振器，加速度傳感器安裝在遠(yuǎn)離激振器的承力筒振幅較大處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟二和/或步驟四中，采用敲擊法進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，將承力筒和工裝作為一個整體的系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，在承力筒上法蘭上均布四個測量點(diǎn)，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數(shù)據(jù)由四個測量點(diǎn)采集，并輸入到計(jì)算機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的振動方式具體為將激振器和拾振器剛性地固定在為共振時的相鄰節(jié)線的角平分位置處，進(jìn)行第一次激振試驗(yàn)，第一次激振試驗(yàn)包括振前掃描、激振、振后掃描；將激振器偏移15°，進(jìn)行第二次激振試驗(yàn)，第二次激振試驗(yàn)同樣包括振前掃描、激振、振后掃描。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的振動力度與時間具體為每一次振動試驗(yàn)的振動時間為15分鐘，當(dāng)處理器采集的數(shù)據(jù)曲線符合A-t曲線上升后變平，A-n曲線振后比振前的峰值升高時，即停止振動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗(yàn)的掃頻速度采用200r/min的升速進(jìn)行掃頻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒的去應(yīng)力方法，包括步驟步驟一進(jìn)行振動準(zhǔn)備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點(diǎn)均布支撐方式支撐承力筒，用工裝固定承力筒，選擇激振器的位置、偏心檔，選擇拾振器的位置，其中，承力筒尺寸包括平面度、平行度、圓度、高度；步驟二于振動前進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)；步驟三進(jìn)行振動時效試驗(yàn)；步驟四于振動后進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)；步驟五測量重要工序尺寸，其中，重要工序尺寸包括承力筒的上端框外徑、下端框外徑、上端框圓度、上端框平面度、以及下端框平面度。本發(fā)明可以有效去除鉚接承力筒殘余應(yīng)力，使鋁合金鉚接承力筒結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定；大大縮短衛(wèi)星鋁合金鉚接承力筒生產(chǎn)周期，有效保證了生產(chǎn)進(jìn)度。
文檔編號C21D10/00GK103045844SQ20121052152
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者湯洪濤, 侯鵬, 夏振濤 申請人:上海裕達(dá)實(shí)業(yè)公司