【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用溶液因温度引起的体积变化来消除筒形薄壁弱刚性结构加工后残余应力的方法。
技术介绍
1、筒形薄壁件具有材料去除量大、特征多、刚性弱、加工公差严等特点。在筒形薄壁弱刚性结构成形和加工过程中，会引入残余应力，并在半精/精加工阶段释放和重分布(外因)，引起翘曲或扭曲变形，降低加工精度。由于筒形结构件本身弱刚度的特性以及切削加工载荷和残余应力载荷驱动，薄壁件极易出现加工超差和表面缺陷、甚至导致零件报废，产品无法按时交付的情况。
2、金属预拉伸工艺可显著去除残余应力，属于现已有释放残余应力手段之一。同时，一部分以水为例的介质，因温度改变发生形态转变时，会出现固体密度小于液体密度的现象。如水发生液固转变，冰的体积可变为水的1.09倍。当水充满薄壁弱刚性结构中发生液固转变时，按照长、宽、高三个方向均匀膨胀计算，则单个方向长度可变为水的1.03倍，即单方向可产生3％的变形量。金属预拉伸工艺中预拉伸变形量一般为1.5％-3％，结冰膨胀变形量可与预拉伸工艺相当。
3、因此，本专利技术提出了利用溶液体积变化消除筒形薄壁结构残余应力的方法，先利用ebsd获取数据，搭建塑性-有限元模型与宏观几何模型及有限元模型，再在变温实验基础上确定介质溶液成份。利用水或水溶液、聚苯乙烯、高分子树脂聚合物等均为可在温度变化过程发生明显体积变化的高膨胀系数材料，将上述材料作为介质基体，并将不可压缩材料作为填充结构，填充结构与基体共同形成一种结构、成份可控的高膨胀系数复合介质。将复合介质填充入筒形薄壁件内部后，通过改变环境温度，使
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用溶液体积变化消除筒形薄壁结构残余应力的方法，解决了筒形薄壁弱刚性结构加工后内部的残余应力释放问题，对于减少此类弱刚性结构中的残余应力具有显著效果和重要价值。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于，它包括以下步骤：
4、s1：首先通过扫描电镜电子背散射衍射(ebsd，electron backscattereddiffraction)获取工件试样的细观晶粒形貌、取向及织构等，并导出*.ctf或*.ang文件，再应用基于快速傅里叶变换的spectral求解器，构建筒形薄壁件金属材料细观组织几何模型；
5、s2：建立筒形薄壁金属件晶体塑性-有限元(crystal plasty finite elementmethod，cp-fem)模型，充分考虑组织演变过程的状态变量，通过编写宏程序，求解描述状态参数在应用边界或初始条件下演化的非线性状态动力学方程，从而获得状态变量在相变过程的变化曲线；
6、s3：应用通用有限元软件，建立薄壁件宏观几何模型及有限元模型，并将晶体塑性模型计算获得的状态变量赋予宏观有限元模型，同时定义复合介质、薄壁件等材料的宏观力学属性，并开展热-力耦合有限元仿真，求解变温充型过程的应力、应变、变形、温度等物理场结果，实现变温充型过程的跨尺度仿真；
7、s4：基于构建的跨尺度宏-微观仿真模型，分析不同充型介质压力、充型量、填充结构形式对膨胀体积、胀形力和残余应力的影响，对比拉压残余应力状态在胀形过程的演化规律，建立充型参数与胀形体积及胀形载荷间的定量关系，通过定量迭代计算，获取使残余应力调控效果满足要求的充型工艺参数范围；
8、s5：选取凝固膨胀比率高、成本低廉、凝固点接近室温的介质，如水及水溶液，开展不同介质溶液的结冰膨胀特性分析，探究介质基体在不同型腔形状膨胀力分布规律，并考虑溶解速度和融化后与切削加工的匹配性，确定介质溶液成份，并将其作为复合介质基体；
9、s6：为避免弱刚性筒形薄壁件因内腔全部填充水溶液基体导致的变形量过大，且变形无法控制，在弱刚性薄壁件内腔添加填充结构，以控制体积及温变膨胀方向；
10、s7：为了使介质只在筒形薄壁件内腔凝固成形、且不在外表面凝固，在充满基体后，用渗透膜封住薄壁件的开口处，再向外围添加氯化钠溶质，外围溶液凝固点降低，随后通过制冷装置对整个容器进行降温，降至内部介质凝固点以下并在外部介质凝固点以上，保温一段时间，直至基体全部凝固完成胀形；
11、s8：从不同的试件上取样，分别开展拉伸试验、ebsd分析和透射电镜(transmission electron microscope，简称tem)，以探究不同参数对试件残余应力消除效果、力学性能和微观组织的影响，验证仿真通过调控介质变温胀形对试件残余应力消除效果，并根据实验结果针对仿真计算误差，修正仿真模型，提高模型的计算精度。
12、优选的，所述s2中状态变量设置为微观结构参量，如位错密度、位错速率、层错能、孪晶体积分数、相变的体积分数及相关变量等，建立每个状态变量的演化方程。
13、优选的，所述s5中探究介质基体在不同型腔形状膨胀力分布规律，可以为分析不同溶质质量分数、降温速率、保温时长等参数对膨胀变形量和膨胀载荷的影响。
14、优选的，所述s7中由于渗透膜只能使溶液通过无法使溶质通过，故筒形薄壁件内腔凝固点保持不变。对复合介质进行降温，降温温度略低于筒形薄壁件内腔溶液凝固温度，高于外围溶液凝固温度。在此温度下，内腔介质凝固膨胀，而外围介质保持低温液态，保证薄壁件能够自由胀形。为了防止薄壁件开口膨胀量过大导致内部胀形力不足，将支撑限位装置调整至薄壁件开口处。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于，它包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述S1中，提取真实的材料EBSD实验结果构建薄壁金属件晶体塑性-有限元仿真模型，大幅提升模拟精度，避免传统代表性体积单元模型引入的建模误差。
3.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述S2中，状态变量设置为微观结构参量，包括位错密度、位错速率、层错能、孪晶体积分数、相变的体积分数及相关变量等，建立每个状态变量的演化方程。
4.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述S5中，探究介质基体在不同型腔形状膨胀力分布规律，分析内容包括不同溶质质量分数、降温速率、保温时长等参数对膨胀变形量和膨胀载荷的影响。
5.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述S7中，利用渗透膜使得薄壁件内外溶液浓度不一致导致内外溶凝点不同，
6.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述S7中，筒形薄壁弱刚性结构因复合介质变温充型引起体积胀大，进而向薄壁结构提供胀形力，实现调节残余应力。
...【技术特征摘要】
1.一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于，它包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述s1中，提取真实的材料ebsd实验结果构建薄壁金属件晶体塑性-有限元仿真模型，大幅提升模拟精度，避免传统代表性体积单元模型引入的建模误差。
3.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方法，其特征在于：所述s2中，状态变量设置为微观结构参量，包括位错密度、位错速率、层错能、孪晶体积分数、相变的体积分数及相关变量等，建立每个状态变量的演化方程。
4.根据权利要求1所述的一种弱刚性筒形薄壁件复合介质变温充型残余应力调控方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李变红，董雨双，张厚江，高瀚君，杨尚儒，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。