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扭杆弹簧作为动力元件,为飞行器折叠舵的展开提供驱动扭矩。一般采用优质弹簧钢制造而成。扭杆弹簧在进行强扭试验时,因残余应力导致了零件发生缓慢的变形,从而影响产品质量。本文采用振动时效对强扭试验后扭杆弹簧进行残余应力消除。
飞行器扭杆弹簧振动时效工艺参数
工件的支撑
工件通过工装在振动设备上进行合理支撑,可以有效保证产品获得良好的激振力,使工件快速达到激振频率。应选择在共振状态下工件自身的振幅为零的点,即工件振动的共振节点处,作为工件的支撑位置,防止施加的能量过多流失,振动频率得到提高,工装与工件不会因为彼此之间的相对位移而导致撞击,也不会造成工件滑动影响加速度信号的稳定性。
本次实验选择压板式固定方式,单次可实现2件产品装夹,分为2个振动检测点及2个振动控制点。
激振点的选择及激振器的固定
在振动时效处理中,激振点的选择直接影响振动时效的效果,为满足工件产生尽量大的动应力为目的,通常将激振点定在波峰附近。如果将激振点选择在振动的节点位置,激振力在工件内产生交变的动应力为0,无法达到时效的目的。但一定要避免选择在工件结构薄弱处,防止因激振力造成损坏。
研究表明,在相同的振动工况下,工件与激振器的相对位置直接影响着振动时效的效果。因此,在实际操作过程中,可以多次调整激振器的位置,观察振幅的变化情况,选择最优的激振器位置。
激振力的选择
在振动时效过程中,振动设备施加的激振力会使工件获得附加的交变应力。工件因加工产生的残余应力叠加附加的交变应力,工件的局部或整体会产生塑性变形,从而使工件内部的残余应力更加松弛、均化,甚至消除,这种塑性变形成为工件状态趋于稳定的关键。
设计振动时效试验时,激振力的选择应同时满足以下条件:
A,工件受到的动应力与残余应力之和必须大于工件材料的屈服极限。
B,工件受到的动应力小于工件疲劳极限。
根据以上内容分析,扭杆弹簧的屈服强度为1411MPa,按照动应力10-50MPa的范围内取值,满足动应力值不超过材料的疲劳极限值要求。
激振频率确定
在共振状态下,工件可以在振动设备提供的较小的激振力下产生最大的振幅,受到更大的动应力。工件在这种状态下,可以快速消除残余应力,在最短时间内使工件获得最佳的尺寸稳定性。为了达到提高振动时效率的目的,可以通过设置振动时效设备提供的频率与工件的固有频率一致,使工件处于共振状态。
对试验件进行扫描,以样件及工装组合进行频率确定。一阶固有频率为1800HZ,选择亚共振频率1670hz作为试验工件振动时效的激振频率。
激振时间确定
振动消除残余应力时,工件内金属材料产生错运动,发生不断攀移的现象,直至最后到达稳定状态。因此虽然通过振动时效的方式消除残余应力可以加速时效过程,但是也需要一定的处理时间。残余应力的分布和大小与工件的结构和重量有关,所以各类工件的振动时间也会有所不同。
本实验以工装及组件为试验对象,重量为14kg,小于227kg,振动时效时间10min。
总结
本文对飞行器扭杆弹簧进行了振动时效试验,对工艺参数激振力、激振频率、激振时间等相对因素进行设计。振动时效工艺可以在较短时间内使扭杆弹簧的残余应力降低至较为稳定的水平,在效率和效果方面均有明显的优势,可以为该类零件加工去应力提供借鉴。