[发明专利]一种热振-喷丸复合工艺应力调控方法

说明书

本发明提出一种热振‑喷丸复合工艺应力调控方法，进行零件残余应力的调控与控制。利用热振复合时效，进行零件残余应力的整体均化，通过喷丸工艺，达到零件表层应力强化的效果，在该方法的作用下，使得零件具有表层应力强化内部应力均化的应力分布状态。该方法中涉及多重载荷的作用，包括温度、振动、喷丸和装夹等。通过该应力调控方法，可有效提升应力的分布情况，保证零件服役工作寿命和尺寸稳定性。与现有技术相比，本发明显著优点有：1)提出了热振‑喷丸一体化的复合工艺应力调控方法；2)能够使零件达到表层应力强化内部应力均化的应力分布状态；3)多重载荷的作用为工艺优化提供了广阔的参数空间，提高了应力调控效率。

技术领域

本发明涉及一种热振-喷丸复合工艺应力调控方法，属于机械制造工艺领域。

背景技术

在装备服役环境中，结构零件较多的承受动载荷，甚至是承载热力耦合交变负载，热稳定性优良合金是制造该类零件的重要材料。复杂物理环境对零件的严峻要求，使得改善构件应力分布和增强材料承载能力成为必然，这也保障了装备的安全平稳运行。热振复合工艺，是一种将热作用和振动作用相结合的新兴应力调控工艺，在一定温度条件下对时效件施加循环动载荷，通过热与振动时效的复合，两者共同作用实现零件中残余应力的定位松弛、降低与均化，提高零件应力的均匀化分布效果。喷丸工艺由于喷丸所形成的压应力场抑制了疲劳裂纹的萌生，增加了裂纹的闭合效应以减小疲劳短裂纹的扩展速率，甚至出现止裂现象，可以实现材料的应力强化，显著提高零件疲劳性能和承载能力。零件在热振复合应力调控的基础上进行喷丸强化工艺，实现零件内部应力均匀外部应力强化的优良性能，是提高构件综合力学性能、疲劳性能、尺寸稳定性等的有效途径。

发明内容

基于上述背景，本发明提出一种热振-喷丸复合工艺应力调控方法，该方法是在热振时效应力均化和喷丸应力强化复合作用下，实现零件残余应力的调控与控制。利用热振复合时效，进行零件残余应力的整体均化，通过喷丸工艺，达到零件表层应力强化的效果，在热振复合时效和喷丸复合工艺的共同作用下，能够使得零件具有表层应力强化内部应力均化的应力分布状态。该应力调控方法中涉及多重载荷的作用，包括温度、振动、喷丸和装夹等，可对不同类型零件进行工艺参数作用的应力调控效果对比分析。通过该一体化的复合工艺应力调控方法，可有效提升应力的分布情况，保证零件服役工作寿命和尺寸稳定性。

如图1所示，为热振-喷丸复合工艺应力调控方法过程流程图，主要包括四大部分，一是零件的预准备，二是热振复合应力均化作用，三是喷丸应力强化，四是工艺后处理与卸载。该过程的具体步骤为：

(1)待处理零件：将零件装夹于平台上，确定安装位置，为后续的工艺过程进行相关准备工作；

(2)热振复合应力均化作用：对零件进行热振复合应力均化作用，该过程受温度和振动载荷耦合共同作用，动载荷与热载荷的耦合时间阶段分为工艺前期、工艺中间某一时刻和工艺后期三种工艺方案；

(3)喷丸应力强化作用：待工件冷却后，对零件进行喷丸应力强化作用。

(4)工艺后处理与卸载：对最终零件进行清洁、卸载等工艺后处理。

热振复合作用、喷丸作用以及装夹作用对零件应力分布状态具有显著影响。热振复合应力均化阶段主要的影响因素有温度值、升温速度、保温时间、振动时间、振动频率、振动应力、热振耦合的时间阶段等。喷丸应力强化阶段受到弹丸材料、弹丸直径、弹丸速度、弹丸流量、弹丸喷射角度、弹丸喷射时间、喷射时间等参数的影响。装夹作用涉及装夹位置、装夹力以及零件材料受热膨胀等相关因素的影响。整个热振-喷丸复合应力调控工艺过程受多种工艺参数的影响，因此为该工艺方法的优化提供了广阔的参数空间。

如图4所示，为热振-喷丸复合工艺应力调控方法原理示意图，包括热振复合部分、喷丸部分、装夹部分和控制部分。热振复合部分由装夹平台1，振动夹具2，激振器3，发热器4，保温材料11，配重12，弹簧13，阻尼14组成；喷丸部分包括喷丸管5，高压气管6，弹丸仓8，弹丸9；装夹部分主要由箱体10，零件夹具15，零件16构成；控制器7为集成的控制部分。