一种铝合金残余应力消除装置的制作方法

本发明涉及金属加工领域，特别是一种铝合金残余应力消除装置。

背景技术：

残余应力是指在机械加工和强化工艺中，由于不均匀塑性变形或相变而产生的在零件内部的应力，常见的冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等都会导致零件内部出现残余应力。

残余应力在零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂；在经淬火、磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。

常见的残余应力消除方法有时效消除法、机械拉伸法、冷漠压法、深冷处理法、振动消除法等。时效消除法消除的残余应力只有10～30％，机械拉伸法仅适合于形状简单的零件,且对拉伸前铝合金板材的组织均匀性要求较高，冷漠压法在实际操作中难以精确控制模压变形量；振动消除法可以消除50～70％的残余应力。

现在的消除残余应力的装置大都基于常见的残余应力消除方法制作的，这样的装置只能应用于一种残余应力消除方法，且不能实现同时对铝合金进行时效消除和振动消除处理。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种铝合金残余应力消除装置，可以同时对铝合金进行时效消除和振动消除。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，铝合金残余应力消除装置包括退火炉、振动机构、传动机构、振动发生器、距离传感器和控制器；所述振动机构安装在退火炉内；所述传动机构的一端穿过退火炉壁与振动机构铰接，另一端与位于退火炉外的振动发生器连接；所述距离传感器安装在退火炉内，正对振动机构上安装的铝合金；所述控制器与退火炉、振动发生器和距离传感器电连接。

进一步地，所述退火炉上开有圆孔；所述圆孔内设有圆管；所述圆管为双层真空结构；所述传动机构穿过圆孔，与圆孔内壁无缝滑动连接。

进一步地，所述圆管包括管体和密封环；所述管体内设有圆管形凹槽；所述凹槽内设置电阻丝和温度传感器，所述电阻丝和温度传感器与控制器电连接；所述密封环将凹槽端面密封，所述密封环上设有阀门；所述管体外表面安装在退火炉上；所述管体上的凹槽横跨退火炉内外；所述传动机构穿过管体内壁，与圆孔内壁无缝滑动连接。

进一步地，所述振动机构包括振动板、平衡轴、回弹机构；所述振动板的相对的两端分别于两个并列的回弹机构固接；4个所述回弹机构的另一端与退火炉内壁固接；所述平衡轴安装在振动板的下表面，所述平衡轴的表面与振动板的下表面接触；所述振动板与传动机构连接。

进一步地，所述回弹机构包括外管、插芯、弹簧；所述外管的一端与退火炉固接；所述插芯的一端插入外管内，所述插芯的外表面与外管的内壁无缝滑动连接；所述弹簧的一端与插芯的另一端固接，所述弹簧的另一端与振动板固接。

进一步地，所述平衡轴包括外滚筒、轴杆和轴承；所述轴杆的两端与退火炉的内壁固接；所述轴杆与振动板的运动方向垂直，所述滚筒通过轴承与轴杆连接。

进一步地，所述传动机构包括传动杆、连接头、摆动臂、无级变速箱；所述传动杆穿过圆管的内壁，与圆管内壁无缝滑动连接；所述传动杆的位于退火炉的一端与连接头固接；所述连接头与振动板连接；所述传动杆的另一端与摆臂铰接；所述摆臂与无级变速箱的偏心轮铰接；所述无级变速箱与振动发生器连接，所述无级变速箱与控制器电连接。

进一步地，连接头为u形；所述连接头两个翼端的内表面设有圆锥形凸起；两个所述圆锥形凸起错开；所述连接头的另一端与传动杆固接，所述传动杆的运动方向与振动板的运动方向平行；所述振动板上设有与两个圆锥形凸起对应的通孔；所述通孔的直径小于圆锥形凸起的最大直径。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：通过在退火炉内设置振动机构从而可以将铝合金固定在退火炉内，且通过传动机构将振动传递到振动机构上，从而实现在进行时效消除的时候可以同时进行振动时效。通过在退火炉内设置距离传感器可以在进行时效消除的时候查找铝合金的共振频率，从而可以更好进行振动时效。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为铝合金残余应力消除装置的结构示意图；

图2为图1中a处放大结构示意图；

图3为图1中b处放大结构示意图；

图4为图1中c处放大结构示意图。

图中：1.退火炉；11.圆孔；21.振动板；211.通孔；22.平衡轴；221.外滚筒；222.轴杆；223.轴承；23.回弹机构；231.外管；232.插芯；233.弹簧；31.传动杆；32.连接头；321.圆锥形凸起；33.摆动臂；34.无级变速箱；4.振动发生器；5.距离传感器；6.圆管；61.管体；611.圆管形凹槽；612.电阻丝；613.温度传感器；62.密封环；621.阀门；7.控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

常规的两种时效消除法和振动消除法进行结合从而使得铝合金内部的每一个微观晶格在一定的动能下能够克服微观组织周围的井势，从而在微观区域必然会产生塑性变形，使产生残余应力的歪曲晶格得以慢慢地回复平衡状态，使应力集中处地位错得以滑移并重新钉扎，达到消除和均化残余应力的目的。

本实施例中，振动发生器4为高转速的私服电机；控制器采用51单片机根据本实施例制作得到。

如图1、图2、图3、图4所示，铝合金残余应力消除装置包括退火炉1、振动机构、传动机构、振动发生器4、距离传感器5和控制器7；振动机构安装在退火炉1内；传动机构的一端穿过退火炉1壁与振动机构铰接，另一端与位于退火炉1外的振动发生器4连接；距离传感器5安装在退火炉1内，正对振动机构上安装的铝合金上安装的铝合金；控制器7与退火炉1、振动发生器4和距离传感器5电连接。

通过在退火炉1内设置振动机构从而可以将铝合金固定在退火炉1内，且通过传动机构将振动传递到振动机构上，从而实现在进行时效消除的时候可以同时进行振动时效。通过在退火炉1内设置距离传感器5可以在进行时效消除的时候查找铝合金的共振频率，从而可以更好进行振动时效。

本实施例中，退火炉1上开有圆孔11；圆孔11内设有圆管6；圆管6为双层真空结构；传动机构穿过圆孔11，与圆孔11内壁无缝滑动连接。

设置真空的圆管6作为连接的通道，可以有效的减少退火炉1内的热量通过圆管6传递出去，进而在退火炉1在不会存在较为明显的温度差，可以有效地保证在退火炉1内的进行时效消除的铝合金受热均匀，进而残云应力消除均匀。

本实施例中，圆管6包括管体61和密封环62；管体61内设有圆管形凹槽611；凹槽内设置电阻丝612和温度传感器613，电阻丝612和温度传感器613与控制器7电连接；密封环62将凹槽端面密封，密封环62上设有阀门621；管体61外表面安装在退火炉1上；管体61上的凹槽横跨退火炉1内外；传动机构穿过管体61内壁，与圆孔11内壁无缝滑动连接。

通过设置电阻丝612和温度传感器613可以在控制器7的控制下，使得圆管6的温度与退火炉1温度同步，这样在退火炉1内就实现了整体的温度的均匀。

本实施例中，振动机构包括振动板21、平衡轴22、回弹机构23；振动板21的相对的两端分别于两个并列的回弹机构23固接；4个回弹机构23的另一端与退火炉1内壁固接；平衡轴22安装在振动板21的下表面，平衡轴22的表面与振动板21的下表面接触；振动板21与传动机构连接。

通过设置回弹机构23实现在振动板21受力往复运动的过程中，由于振动板21与传动机构或者传动机构与振动发生器4的连接的细微的误差导致振动频率出现偏差的时候，将这些偏差振动给消除掉，这样位于振动板21上的铝合金的振动频率更为稳定。设置平衡轴22可以将振动板21垫起来保证振动板21在长时间的运动过程中出现一定的撬动或者下降。

本实施例中，回弹机构23包括外管231、插芯232、弹簧233；外管231的一端与退火炉1固接；插芯232的一端插入外管231内，插芯232的外表面与外管231的内壁无缝滑动连接；弹簧233的一端与插芯232的另一端固接，弹簧233的另一端与振动板21固接。

通过外管231和插芯232的配合可以将振动板21的两端稳定在一定的高度，采用的弹簧233为强力弹簧233，即在较小的力的作用下不会产生变形。这样就可以将振动板21与传动机构或者传动机构与振动发生器4的连接的细微的误差导致振动给中和掉。

本实施例中，平衡轴22包括外滚筒221、轴杆222和轴承223；轴杆222的两端与退火炉1的内壁固接；轴杆222与振动板21的运动方向垂直，滚筒通过轴承223与轴杆222连接。

通过设置外滚筒221与振动板21的接触，即满足了对振动板21的支撑保证了与振动板21的最小接触面，使得振动板21的振动不受外滚筒221摩擦力的影响。

本实施例中，传动机构包括传动杆31、连接头32、摆动臂33、无级变速箱34；传动杆31穿过圆管6的内壁，与圆管6内壁无缝滑动连接；传动杆31的位于退火炉1的一端与连接头32固接；连接头32与振动板21连接；传动杆31的另一端与摆臂铰接；摆臂与无级变速箱34的偏心轮铰接；无级变速箱34与振动发生器4连接，无级变速箱34与控制器7电连接。

通过传动杆31、连接头32、摆动臂33、无级变速箱34结合振动发生器4实现了对振动板21的振动，通过设置无级变速箱34可以为平滑的调节振动板21的振动频率，方便找寻固定在振动板21上的铝合金的共振频率。

本实施例中，连接头32为u形；连接头32两个翼端的内表面设有圆锥形凸起321；两个圆锥形凸起321错开；连接头32的另一端与传动杆31固接，传动杆31的运动方向与振动板21的运动方向平行；振动板21上设有与两个圆锥形凸起321对应的通孔211；通孔211的直径小于圆锥形凸起321的最大直径。

通过将连接头32设置为上下带有圆锥形凸起321的结构从而可以保证不管振动板21出现怎样的位移都与连接头32有较好的连接，可以有效的防止由于振动板21的移动从而在振动板21和连接头32之间出现空隙，进而使得连接头32的运动不能很好传递到振动板21上。

本发明是这样工作的，将铝合金固定在振动板21上，将退火炉1加热到时效消除的最佳温度，等待一段时间后，将振动发生器4，通过控制振动发生器4的转速和无级变速器，使得传动杆31的往复频率从低到高，此时距离传感器5接收安装在振动板21上的铝合金的震幅。

当传动杆31的往复频率从低到高后，控制器7找出铝合金的振动幅度从小到大再到小的区间，并将每个区间的最大的振幅时对应的振动频率找出，得到若干疑似频率；

按照若干疑似频率分别振动铝合金，在疑似频率振动下铝合金件振动幅度固定的两个频率为铝合金件的共振频率；

按照找到的第一个共振频率振动振动板215分钟，5分钟后再次振动5分钟；按照找到的第二个共振频率振动振动板215分钟，5分钟后再次振动5分钟，振动完成后；依次循环振动，直到振动时间累计达到50分钟，停止振动，保持退火炉1内的温度；

当铝合金在退火炉1内的时间达到3个小时后，将退火炉1冷却，取出铝合金，这样就完成了对铝合金的残余应力的消除。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。