一种改善直升机尾传动轴管材残余内应力的方法及装置

技术领域

本发明属于航空领域，涉及一种改善直升机尾传动轴管材残余内应力的方法及装置。

背景技术

目前国内生产的该型号尾传动轴管材，用户方曾进行了静载、疲劳等相关试验，试验结果数据要比相同型号进口管材低10％左右。经分析，造成这个问题的原因主要是残余应力的影响。国内生产该型号尾传动轴管材的工艺为：固溶后缩径、扩径、张力矫直，此种加工方式会造成管材表面局部残余应力过大，从而降低管材的静载、疲劳等强度。

发明内容

发明目的：提供一种改善直升机尾传动轴管材残余内应力的方法及装置，改善工艺，降低管材残余应力，增加其静载、疲劳强度。

技术方案：

第一方面，提供一种改善直升机尾传动轴管材残余内应力的方法，包括：

取一根管材采用改善后的工艺进行加工：

固溶热处理→大变形张力矫直→再用小扩径→最后再进行一次小变形张力矫直，以松弛扩径造成的残余应力影响。

所述方法还包括：

加工后取内应力环，检测其内应力大小、力学性能数值。

所述方法还包括：

获取张力矫直时，管材直径变化与加载轴向延伸的对应关系。

时效2h20’时，按指数函数拟合的对应关系为：

其中，x％为加载轴向延伸，y％为管材直径变化。

时效2h20’时，按直线拟合的对应关系为：

y％＝(0.378x+0.172)％,x∈[1.69,3.07]；

其中，x％为加载轴向延伸，y％为管材直径变化。

时效22h时，按直线拟合的对应关系为：

y％＝(0.34x-0.133)％,x∈[0.98,3.00]；

其中，x％为加载轴向延伸，y％为管材直径变化。

第二方面，提供一种改善直升机尾传动轴管材残余内应力的装置，包括：

加工模块，用于取一根管材采用改善后的工艺进行加工：固溶热处理→大变形张力矫直→再用小扩径→最后再进行一次小变形张力矫直，以松弛扩径造成的残余应力影响。

第三方面，提供一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

有益效果：

在保证该型号尾传动轴管材其它性能及形位公差合格的情况下，降低该型号尾传动轴管材的残余内应力。

附图说明

图1为实施方式涉及的张力矫直时尺寸变化(延伸永久变形与加载变形的关系)图。

图2为实施方式涉及的张力矫直时尺寸变化(管材直径变化与轴向延伸的关系)图。

图3为实施方式涉及的变形过程图示。

具体操作方式

避免同时使用扩径、缩径，以避免包辛格效应所造成的强度降低以及残余应力增加。取同一加工批次，同一炉批的两根管材，以及相同规格型号的一根进口管材，分别方案进行加工，具体技术方案是：

1)A组，取一根管材按常规加工方式：固溶热处理→缩径→扩径→张力矫直，加工后取内应力环，检测其内应力大小、力学性能数值；

2)B组，取一根管材采用改善后的工艺进行加工：固溶热处理→大变形张力矫直(可提高强度、松弛淬火应力，此时会造成小幅度的管材平均直径变化)→再用小扩径(补偿张力矫直造成的直径劣化，扩径芯头应比张力矫直后的管材大一点)→最后再进行一次小变形张力矫直，以松弛扩径造成的残余应力影响。加工后取内应力环，检测其内应力大小、力学性能数值；

3)C组，取同尺寸同状态进口管材内应力环，检测其内应力大小、力学性能数值。

图1为实施方式涉及的张力矫直时尺寸变化(延伸永久变形与加载变形的关系)图表，经大量实验数据拟合后得出：

时效2h20’的：y％＝(0.94x-0.2253)％,x∈[1.5,3.5]

时效22h的：y％＝(x-0.503)％,x∈[1.5,3.5]

从经济效益考虑，以时效2h20’为准进行分析。若要产生2％的永久变形，加载延伸x％为2.37％。若按2m的标尺，加载伸长为2000×2.37％mm＝47.3mm，剩余伸长为40mm。

图2为实施方式涉及的张力矫直时尺寸变化(管材直径变化与轴向延伸的关系)图表，经大量实验数据拟合后得出：

时效2h20’的，按指数函数拟合：

按直线拟合：

y％＝(0.378x+0.172)％,x∈[1.69,3.07]，(此种方式误差略大)

时效22h的，按直线拟合：

y％＝(0.34x-0.133)％,x∈[0.98,3.00]

实施例

1.A组：

1)缩径，用内径为90.8mm的外模对管材进行整体缩径；

2)扩径，用外径为87.2mm的扩径心头对管材进行整体扩径；

3)张力矫直，加载延伸1.6％(残余2.43％)，管材减径量为0.63％。当管径为91mm时，对应减径量为0.57mm。对应的壁厚减薄量为0.011mm；

4)加工后取一组内应力环进行检测内应力数值。

2.B组：

1)大变形张力矫直，加载延伸1.6％(残余1.28％)，管材减径量为0.8％。当管径为91mm时，对应减径量为0.73mm。对应的壁厚减薄量为0.016mm。

2)扩径量为0.7％。按86.41计算。86.41*(1-0.7％)＝85.81mm

3)小张力矫直，加载延伸率1％，残余0.72％。直径减小0.57％，按矫直后为90.16mm(壁厚2.12mm)计算，矫直前为90.67mm，壁厚应为2.13mm；

4)加工后取一组内应力环进行检测内应力数值。

3.C组：

取同尺寸同状态进口管材内应力环，检测其内应力大小作为对比。

结论：

1.开口值数据对比如表1所示：

表1

2.取三组管材力学性能试样作为对比如表2所示：

表2

结论：改善后的加工方式对可以在保证力学性能要求的基础上，降低管材残余应力。