机翼长桁制造过程残余应力释放工艺装置及应力释放方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空航天构件制造领域，特别是一种飞机机翼长桁制造过程的残余应力智能释放工装及应力释放方法。
【背景技术】
[0002]飞机机翼构件的形貌及其装配应力直接影响了飞机的可靠性和安全性，因此需要对其加工制造过程进行严格地质量控制。其中，飞机机翼长桁在毛坯制备、淬火、铣削加工等过程中会产生初始残余应力分布场，并产生初始变形。将具有初始变形的机翼长桁与其他零件进行装配后，残余应力场将发生变化并保留在构件中，影响产品的服役性能，因此，在构件机械加工完成后，通过释放构件内部的残余应力来减小构件的初始变形和装配应力，有益于飞机的疲劳强度和寿命的提高。
[0003]目前，传统的金属构件残余应力释放方法有自然时效、热处理时效、敲击时效、振动时效等。自然时效降低的残余应力不大，且生产周期长，占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。热时效工艺要求严格，保温时间过长，会引起石墨化，构件强度降低。升温速度过快，构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增大，会造成附加温度应力。降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力，并残留在构件中，从而破坏了已取得的热时效效果。锤击时效主要用于焊接残余应力释放过程，由于锤击的不规范，锤击力的大小、频率不可控，因此效果难以保证。振动时效是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下，使工件自身产生共振，进而使其内部歪曲的晶格，产生滑移而恢复平衡，释放内部的残余应力，使其尺寸稳定，在以上几种应力释放方法中效果较好。但传统振动时效的缺陷是振动力、振动频率以及振动的方向不可调，无法很好的应用于变截面、变厚度以及带有孔特征的工件。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种机翼长桁制造过程残余应力释放工艺装置及应力释放方法，消除传统振动时效的缺陷。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种机翼长桁制造过程的残余应力智能释放工装，并以期通过此工装在不损伤长桁结构的前提下实现对长桁内部残余应力的释放；实现长桁在飞机装配中的低应力装配。
[0006]本发明所述技术方案提供一种机翼长桁制造过程的残余应力智能释放工艺装置，包括底座平台、竖向定位块、横向定位块、纵向定位块、横向夹紧装置、磁力振动装置，所述底座平台为矩形结构，上面设有若干的安装槽，用于组件在平台上的安装；定义所述底座平台的长度方向为纵向，宽度方向为横向，垂直于底座平台的方向为竖向；在所述底座平台上纵向的一端设有纵向定位块，并且沿纵向设置有多个竖向定位块、横向定位块和横向夹紧装置，还分布有若干的磁力振动装置。
[0007]进一步地，所述横向定位块、竖向定位块和纵向定位块安装于底座平台上，可分别沿横向和纵向滑动，根据长桁所需放置的位置进行调整，起到对长桁进行空间定位的作用。
[0008]进一步地，所述横向和纵向定位块通过螺栓和底座平台连接在一起，定位块可以沿着平台上的凹槽进行滑动，调整到合适位置时用螺栓拧紧即可。
[0009]进一步地，竖向定位块在底座平台上可双向调整，依靠磁力吸附在底座平台上，起到对长桁的竖向支撑作用，使长桁整体处于悬空状态，方便振动操作。
[0010]进一步地，所述横向夹紧装置固定在底座平台上，沿纵向分布多个，由固定支座、支架和肘夹构成，用于长桁在工装上的装夹。
[0011]进一步地，所述固定支座固定于底座平台上，支架通过螺栓螺母和支座连接，支架调至竖直位置后固定，将肘夹安装于支架上，实现对长桁末端的横向夹紧。
[0012]进一步地，所述磁力振动装置由电机、齿轮、齿条、夹紧机构和固定板组成。固定板固定在底座平台上，夹紧机构固定在固定板上，电机在夹紧机构上可以沿纵向移动，调整好安装位置后通过夹紧机构将电机固定住即可，齿轮由电机带动旋转，旋转过程中提供给齿条侧端面一个循环不断的动载荷，传递到长桁构件上，便可使长桁产生振动。
[0013]进一步地，电机和齿轮同轴安装，驱动齿轮旋转，齿轮和齿条均为永磁材料制成，齿条的侧面贴紧并固定在长桁背面，齿轮和齿条为非接触式的，二者通过永磁材料产生的磁力进行相互作用，齿轮转动时由于磁力作用对齿条形成推力，该推力会随着齿轮的转动呈现有规律的变化。齿轮和齿条上的齿随着齿轮的转动有一个不断接近和远离的过程，这表现在相互作用力上，就是齿轮对齿条的推力先随着齿的接近不断增大，当达到极限位置时推力也达到峰值，但当齿轮转过这一极限位置时，齿轮和齿条上的齿相互远离，齿条上所受到的推力开始不断减小。由于长桁背面和齿条侧面贴紧，且齿条位置固定，故齿条受到的推力可以几乎无损失的作用到长桁的背面，这样的动载荷便会使长桁产生振动，一方面起到释放长桁内部残余应力的作用，另一方面由于齿轮齿条非接触，故这种动载荷不会对长桁产生过大冲击，起到过载保护的作用。
[0014]进一步地，所述齿条具有双面齿，两个面上的齿相互垂直，在齿条的两侧均设置了电机和齿轮，齿条两面齿的不同分布，导致磁力传导时传递到长桁上的振动力有横向和纵向两种方向，这样在实际使用时，可通过上位机实时控制两个电机的启停，从而控制长桁不同位置处的振动方向。
[0015]进一步地，所述磁力振动装置对长桁产生的振动力的大小和振动的频率可以分别通过调节齿轮齿条之间的最小距离和电机的转速来调节和控制，对于不同的位置，达到最佳振动效果的振动力大小和振动频率是不同的，这些均可以针对每一个振动位置进行振动装置相应参数的独立调节。
[0016]进一步地，所述磁力振动装置沿纵向分布有若干个，分别在长桁长度方向的不同位置形成振动源，进行多点振动，更加有利于长桁残余应力的释放。
[0017]进一步地，所述磁力振动装置分布的位置可以沿长桁纵向进行调节，调节到理论分析得出的最佳激振位置后，进行多点振动可以取得较好的应力释放效果。
[0018]进一步地，所述磁力振动装置、横向夹紧装置都设有锁紧机构。
[0019]进一步地，所述磁力振动装置上的齿轮齿条为非接触式，完全依靠磁力的相互作用，因而具有振动平稳的特性。
[0020]进一步地，所述底座平台的长度由所需放置的长桁长度尺寸所决定。
[0021]进一步地，所述横向定位块、竖向定位块、夹紧装置以及磁力振动装置等的数目由长桁的长度尺寸决定，所述纵向定位块位于长桁的某一端。
[0022]本发明所述技术方案还提供的应用上述所示的机翼长桁制造过程的残余应力释放方法，残余应力释放过程包括如下步骤:
[0023]第一步:对所述铝合金长桁的残余应力进行检测，获取长桁内部的初始残余应力；
[0024]第二步:对铝合金长桁进行底部平台上的空间定位，使用横向夹紧装置夹紧长桁；
[0025]第三步:将齿条侧面贴紧在长桁背面并和长桁固定，调节齿轮和齿条的最小间隙值，将磁力振动装置安装在底座平台的合适位置，通过上位机设置好电机的转速，按下对应电机的启动开关，驱动齿轮转动，使其对长桁产生峰值稳定的动压力，从而通过振动实现对长桁内部残余应力的释放操作，不断调整齿轮齿条之间的最小间距以及电机的转速，直到达到释放残余应力的最佳振动幅度和频率，通过控制每个齿条两侧电机的启停，可以实现长桁在该位置振动方向的改变。
[0026]第四步:在完成一段时间的振动操作后，取下长桁，对其再一次进行内部残余应力检测，得到检测数据并与第一步得到的初始残余应力值进行对比，如果数据没有明显改善，则表示长桁内部残余应力释放效果不理想，返回第三步重新操作，经过多次振动后仍无明显变化的，则完成检测，输出不合格品；如果数值相比于第一步有了明显减小，则检测完成，说明残余应力已经得到释放，进入第五步；
[0027]第五步:输出合格品。
[0028]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0029]本发明通过释放长桁内部残余应力减小其加工变形，提高长桁的外形精度和加工质量，从而提高装配精度和效率，缩短了工件的质量检验和装配周期，节约了成本，提高了装配效率及产品质量；采用磁力振动装置完成对长桁内部残余应力的释放，利用了磁力振动主动件与被动件无刚性连接，具有振动平稳、过载保护的特性，以避免由于振动力过大造成的长桁损伤；本发明具有操作简单，可以快速完成长桁在工装上的装夹及其内部残余应力释放过程的特点。
[0030]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0031]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0032]图1为本发明装置的立体结构示意图；
[0033]图2为本发明的横向定位夹紧装置结构示意图；
[0034]图3为本发明的磁力振动器结构示意图；
[0035]图4为本发明的长桁定位及装配示意图；