專利名稱：一種應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法
技術領域：
本發明涉及去應力方法，尤其是將振動時效技術應用于衛星鋁合金鉚接承力筒去除殘余應力，從而改善應力分布，提高結構穩定性和可靠性，具體涉及一種應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法。
背景技術：
衛星鋁合金鉚接承力筒結構是衛星結構分系統的重要組成部分，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。蒙皮在鉚接前進行了拉型成型，上、下法蘭進行了機械加工處理，桁條經過了淬火、成型工藝過程。因其結構剛性、穩定性好，制造成本相對較低等優點，一直在各類衛星結構分系統研制中廣泛應用。然而長期以來，鋁合金鉚接承力筒的制造一直面臨殘余應力過大導致產品變形的問題。其主要體現在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量的不穩定。誤差變形將嚴重影響衛星的整星裝配精度，對衛星的研制生產是不利的。經分析得出造成產品變形的主要因素之一就是鉚接應力釋放與端框機加殘余應力的疊加。由于承力筒是由不同材料組成，相同材料的結構尺寸也不均勻，所以不適合對承力筒整體進行熱時效。目前，鋁合金鉚接承力筒的應力改善方法主要有兩個措施①上下端框在機械加工時采用熱處理去除應力；②鉚接后主要采用自然時效去除應力，這種方法耗時且去應力效果不夠理想。經對現有技術的文獻檢索發現，目前還沒有將振動時效技術應用于衛星鋁合金鉚接承力筒去應力過程中。

發明內容
本發明針對上述 現有技術的不足，將振動時效技術應用于衛星鋁合金鉚接承力筒結構去除殘余應力中，分析振動時效后承力筒應力消除效果以及振動時效對承力筒結構和性能的影響，確定振動時效應用于鋁合金鉚接承力筒的工藝方法及工藝參數，解決衛星鋁合金鉚接承力筒由于殘余應力導致變形的問題。根據本發明的一個方面，提供一種應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，包括如下步驟步驟一進行振動準備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點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 于振動前進行模態試驗；步驟三進行振動時效試驗；步驟四于振動后進行模態試驗；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。優選地，在所述步驟一中，采取圓周均布的三點或四點彈性支撐方式支撐承力筒，支撐位置應在主振頻率的節線處或附近，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或振幅較大處，激振器偏心角度為5°。優選地，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離激振器的承力筒振幅較大處。優選地，在所述步驟二和/或步驟四中，采用敲擊法進行模態試驗，將承力筒和工裝作為一個整體的系統進行模態試驗，在承力筒上法蘭上均布四個測量點，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數據由四個測量點采集，并輸入到計算機。優選地，在所述步驟三中，振動時效試驗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線的角平分位置處，進行第一次激振試驗，第一次激振試驗包括振前掃描、激振、振后掃描；將激振器偏移15°，進行第二次激振試驗，第二次激振試驗同樣包括振前掃描、激振、振后掃描。優選地，在所述步驟三中，振動時效試驗的振動力度與時間具體為每一次振動試驗的振動時間為15分鐘，當處理器采集的數據曲線符合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。優選地，在所述步驟三中，振動時效試驗的掃頻速度采用200r/min的升速進行掃 頻。更為具體地，本發明是通過如下技術方案實現的本發明采用振動時效技術，振動時效簡稱VSR (Vibratory Stress Relief),是利用一種嚴格受控的振動能量，讓工件發生共振，使施加于工件上的交變動應力與工件中的殘余應力疊加。當應力疊加達到一定數值后，在應力集中最嚴重部位就會超過材料的屈服極限而發生塑性變形，這種塑性變形降低了局部殘余應力峰值，均化了工件的殘余應力場，并強化了金屬基體，提高了工件抗動載、抗變形能力，穩定了工件尺寸精度。通過對衛星鋁合金鉚接承力筒殘余應力的振動時效工藝試驗，分析振動時效后承力筒應力消除效果以及振動時效對承力筒結構和性能的影響，并應用“模態試驗+外形尺寸測量”的方法對振動時效效果進行評定。通過采用模態試驗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，說明其均化了應力分布，對剛度的穩定有效果；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定狀態，這說明振動時效對鋁合金鉚接承力筒的應力釋放和其尺寸穩定有很好的作用。經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，最終確定了振動時效應用于鋁合金鉚接承力筒的工藝方法及工藝參數。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果本發明采用振動時效方法有效去除鋁合金鉚接承力筒殘余應力，使產品結構尺寸穩定，滿足產品指標要求，提高產品質量；大大縮短衛星鋁合金鉚接承力筒生產周期，有效保證了生產進度。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖1為衛星鋁合金鉚接承力筒結構示意圖；圖2為振動時效設備；圖3為振動時效試驗安裝圖，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為衛星鋁合金鉚接承力筒振動時效試驗工藝流程圖。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。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例如圖1所示為某型號衛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所示為振動時效設備，其主要由處理器、工件、工裝、激振電機、彈性橡膠墊、拾振器等組成。試驗設備放在水平面較好的地面上進行，系統由數據采集模塊、激振器、拾振器等組成振動回路，從而對工`件、工裝系統進行激振和數據分析。如圖3所示為振動時效試驗安裝圖。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，進行第一次激振試驗，按圖3 (b)要求安裝激振器和拾振器，用工裝夾具裝夾好，進行第二次激振試驗。如圖4所示為衛星鋁合金鉚接承力筒振動時效試驗方法的工藝流程。首先對衛星鋁合金鉚接承力筒進行振動時效，采用“模態試驗+外形尺寸測量”的方法，測得其振動時效試驗前后的變化。目的是通過對比試驗，對振動時效方法應用于下裙鉚接件進行定性評價。本發明具體流程如下如圖4所示，采用兩個結構材料相同的衛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，命名為試驗件。在同樣的環境條件下進行振動時效試驗，并且相應提高了工藝件的激振力和激振頻率，詳細步驟為( I)振動準備工作①振前測量工件尺寸(包括平面度、平行度、圓度、高度等)。②采用三點均布支撐方式支撐。為了使工裝處于自由狀態，應采取三點或四點彈性支撐工裝。在保持工裝靜動態平穩的前提下，支撐的數目越少越好。支撐位置應在主振頻率的節線處或附近。因此，采用三點均布支撐，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、偏心檔激振器應剛性地固定在工件的剛度較強或振幅較大處，但不準固定在工件的強度和剛度很低部位。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。通過試驗得出其偏心角度為5°即可滿足要求。④選擇拾振器的位置本系統采用加速度傳感器做為拾振器。加速度傳感器應安裝在遠離激振器并且振幅較大處。(2)振動時效試驗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線(波谷)位置，即振動盲區。第一次激振試驗，包括振前掃描，激振，振后掃描；如圖3 (b)所示，激振器偏移15°，進行第二次激振試驗，同樣包括振前掃描，激振，振后掃描。其目的在于，涵蓋第一次試驗中沒有達到的振動盲區。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依照JB/T5926-2005標準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。當處理器采集的數據曲線符合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，在強迫振動下要達到其穩態是需要時間的，而實際情況下VSR掃頻升速時是連續升速的。這樣就沒有給工件留下足夠的響應時間來達到穩態。故掃頻速率不同，工件響應時間就不同，在共振區達到共振的頻率就不同。采用200r/min的升速進行掃頻。(3)模態試驗采用敲擊法進行模態試驗，將承力筒和工裝作為一個整體的系統進行模態試驗，在承力筒上法蘭上均布四個測量點，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數據由四個測量點采集，并輸入到計算機。經過兩個試驗件振動前后模態試驗，發現振動試驗后，鉚接承力筒的主頻沒有出現變化，結構特性曲線也基本相同。因此，可以認為該鉚接承力筒振動前后的結構特性沒有出現變化。即亞共振點的振動時效試驗對鉚接結構件無大的傷害。(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。在工件上標記四個點，通過對各點振動前后圓度的測量數據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星鋁合金鉚接承力筒殘余應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，可以有效去除鉚接承力筒殘余應力，使鋁合金鉚接承力筒結構尺寸穩定，滿足產品指標要求，提高產品質量；大大縮短衛星鋁合金鉚接承力筒生產周期，降低生產成本，有效保證了生產進度。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容 。
權利要求
1.一種應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一進行振動準備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點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 于振動前進行模態試驗； 步驟三進行振動時效試驗； 步驟四于振動后進行模態試驗； 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.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，在所述步驟一中，采取圓周均布的三點或四點彈性支撐方式支撐承力筒，支撐位置應在主振頻率的節線處或附近，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.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，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或振幅較大處，激振器偏心角度為5。。
4.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，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離激振器的承力筒振幅較大處。
5.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，在所述步驟二和/或步驟四中，采用敲擊法進行模態試驗，將承力筒和工裝作為一個整體的系統進行模態試驗，在承力筒上法蘭上均布四個測量點，用鋼錘沿縱向、橫向敲擊下裙上法蘭，作為激振力輸入，數據由四個測量點采集，并輸入到計算機。
6.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗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線的角平分位置處，進行第一次激振試驗，第一次激振試驗包括振前掃描、激振、振后掃描；將激振器偏移15°，進行第二次激振試驗，第二次激振試驗同樣包括振前掃描、激振、振后掃描。
7.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗的振動力度與時間具體為每一次振動試驗的振動時間為15分鐘，當處理器采集的數據曲線符合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.根據權利要求1所述的應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，其特征在于，在所述步驟三中，振動時效試驗的掃頻速度采用200r/min的升速進行掃頻。
全文摘要
本發明提供一種應用于衛星鋁合金鉚接承力筒的去應力方法，包括步驟步驟一進行振動準備工作，具體為振前測量承力筒尺寸，采用多點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；步驟二于振動前進行模態試驗；步驟三進行振動時效試驗；步驟四于振動后進行模態試驗；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。本發明可以有效去除鉚接承力筒殘余應力，使鋁合金鉚接承力筒結構尺寸穩定；大大縮短衛星鋁合金鉚接承力筒生產周期，有效保證了生產進度。
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 優先權日2012年12月6日
發明者湯洪濤, 侯鵬, 夏振濤 申請人:上海裕達實業公司