一种降低波纹管内应力的方法与流程

本发明涉及制冷领域，特别涉及一种降低波纹管内应力的方法。
背景技术：
：微型节流制冷器具有结构紧凑、体积小、重量轻、启动快等优点，广泛应用于军用红外热成像系统中，根据应用场合不同，通常分为自调式和快速启动两大类，而波纹管型制冷器是目前最常用的一种自调式制冷器。作为制冷器的关键调节机构，波纹管是通过精密微电铸镍钴合金形成的精密薄壁件，铸层厚度仅为0.1mm。而微电铸过程中不可避免的会使铸层产生一定的宏观内应力，尤其对薄壁件更为严重，它对电铸层的机械性能和零件成形有很大影响，容易引起基体变形(如扭曲、长度变化等)或产生开裂，通常对机械性能有高精度要求的场合，铸层内应力越小越好。目前，自调式制冷器波纹管还存在稳定性差的问题难以克服。造成制冷器稳定流量波动的主要原因是由于制冷器对调节机构的机械性能要求精度高，而波纹管本身存在内应力没有彻底释放，当制冷器经过多次工作后及受外界环境变化的影响，波纹管残余内应力继续释放，导致其自身长度发生略微变化，阀针与节流孔相对位置发生移动，致使产品的稳定流量再次发生变化，影响制冷器稳定性能。而如何实现波纹管在调试前使其内应力提前释放出来，对于提高制冷器自调机构的稳定性尤为重要，也是本发明的主要研究重点和最终目标。技术实现要素：为了解决红外探测领域制冷器波纹管只能通过长期存放的自然时效来释放内应力的弊端，提高制冷器自调机构的稳定性，本发明提供了一种降低自调式制冷器波纹管内应力的方法。本发明提供的一种降低波纹管内应力的方法，包括以下步骤：将波纹管固定在振动夹具组件中，将所述振动夹具固定在振动装置上；将所述振动装置在预设的频率振动预设时间，得到内应力降低的波纹管。本发明的有益效果如下：本发明实施例通过将装有波纹管的振动装置在预设的频率振动预设时间，即将波纹管进行振动时效处理，可使波纹管内应力大幅度降低，同时其刚度和硬度等材料的其他性能不受影响，可有效解决红外探测领域制冷器波纹管只能通过长期存放的自然时效来释放内应力的弊端，可很好地改善波纹管式自调制冷器普遍存在稳定性差的问题，且工艺难度低，容易操作。附图说明图1是本发明实施例的降低波纹管内应力方法的流程图；图2是本发明实例1振动时效处理前后衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的角度关系示意图；图3是本发明实例2振动时效处理前后衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的角度关系示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。为了解决红外探测领域制冷器波纹管只能通过长期存放的自然时效来释放内应力的弊端，提高制冷器自调机构的稳定性，本发明提供了一种降低波纹管内应力的方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。根据本发明的实施例，提供了一种降低波纹管内应力的方法，图1是本发明实施例的降低波纹管内应力方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的降低波纹管内应力的方法包括如下处理：步骤101，将波纹管固定在振动夹具组件中，将所述振动夹具固定在振动装置上；步骤102，将所述振动装置在预设的频率振动预设时间，得到内应力降低的波纹管。具体的，所述振动夹具组件包括直孔板、及法兰；所述直孔板上包括若干直孔，每个所述直孔均与一个法兰通过螺钉连接，组成若干波纹管容纳腔。。具体的，所述振动夹具的材质为不锈钢钢板。具体的，所述波纹管容纳腔中还包括中空的波纹管保护套，所述波纹管保护套的外径与所述直孔的内径相匹配。具体的，本发明实施例的波纹管包括外径不同的波纹管底段、波纹管中段、及波纹管顶段；所述波纹管保护套包括波纹管保护底套和波纹管保护顶套；所述波纹管保护底套位于所述直孔的底端，用于保护所述波纹管底段、波纹管中段，所述波纹管保护底套的内径与所述波纹管中段的外径相匹配，作为优选的技术方案，所述波纹管保护底套的内径比所述波纹管中段的外径大0.07～0.15mm；所述波纹管保护顶套位于所述直孔的顶端，用于保护所述波纹管顶段，所述波纹管保护顶套的内径与所述波纹管顶段的外径相匹配，作为优选的技术方案，所述波纹管保护顶套的内径比所述波纹管顶段的外径大0.02～0.05mm。具体的，所述中空的波纹管保护套为中空的聚四氟乙烯圆柱。具体的，步骤101，将波纹管固定在振动夹具组件中包括以下步骤：将所述波纹管保护底套放置在所述直孔内，将所述波纹管底段朝下插入所述波纹管保护底套中；将所述波纹管保护顶套套入所述波纹管顶段，将所述法兰压入所述直孔中，并通过螺钉将所述法兰和所述直孔固定，组成波纹管容纳腔，在所述波纹管容纳腔中所述波纹管呈压缩状态。具体的，所述波纹管在所述波纹管容纳腔中的压缩量为0.4～0.6mm(优选为0.5mm)。采用上述步骤可以防止波纹管在振动过程中四壁收到损坏。更加具体的，所述波纹管为自调式制冷器波纹管。本发明实施例通过将装有波纹管的振动装置在预设的频率振动预设时间，即将波纹管进行振动时效处理，振动时效处理可分为低频振动和高频振动两种。具体的，低频振动包括以下步骤：将所述振动装置在500～1000Hz(包含1000Hz)振动1～2小时，得到内应力降低的波纹管。具体的，高频振动包括以下步骤：将所述振动装置在5～2.5KHz振动1～2小时，得到内应力降低的波纹管。本发明实施例提供了一种通过振动时效处理降低波纹管内应力的方法。其中，低频振动使材料的屈服点上升，从而提高金属的抗变形能力，达到稳定工件尺寸的目的；高频振动时效高频微观激振时效金属颗粒尺度上的共振，使材料内部的位错减少，所以时效后材料性能更加接近于原始无应力状态，宏观变形很小，基本不会因其波纹管的疲劳损伤。振动时效处理可大大降低波纹管的内应力，提高制冷器的稳定性能，填补了波纹管自调制冷器在去除波纹管内应力方向的空白，首次应用在红外导引系统中制冷材料方面，是提高该型制冷器稳定性方面的一项关键性突破。为了更加详细的说明本发明降低波纹管内应力的方法，给出实例1和实例2。实例1：一种振动时效处理降低自调式制冷器波纹管内应力的方法包括以下步骤：(1)将聚四氟乙烯套套在不锈钢振动夹具的任意一直孔中，并将实验波纹管放入直孔内，通过法兰用螺钉来固定。(2)将装有波纹管的振动夹具放到振动装置的振动台上，并稳定固定。振动频率设定为500Hz，振动1小时，振动结束后取出的波纹管，即为通过振动处理时效后内应力得到减小的波纹管。根据材料分析方法，应力计算公式σ＝K·M，其中K为应力常数，M为衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的变化斜率，用X射线衍射仪分别测出波纹管处理前后的角度关系，并分别经过拟合处理得到图2。图2是本发明实例1振动时效处理前后衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的角度关系示意图，其中，DZ-1线为振动前所测得数据拟合出的M值曲线，DZ-2线为振动后所测得数据拟合出的M值曲线。由图2可知，斜率M在振动前后发生了改变，振动后比振动前变的平缓，由内应力计算公式，M值减小，说明低频振动处理后内应力有了一定程度的减小。实例2：一种振动时效处理降低自调式制冷器波纹管内应力的方法包括以下步骤：(1)将聚四氟乙烯套套在不锈钢振动夹具的任意一直孔中，并将实验波纹管放入孔内，通过法兰用螺钉来固定。(2)将装有波纹管的振动夹具放到振动装置的振动台上，并稳定固定。振动频率设定为2.5KHz，振动1小时，振动结束后取出的波纹管，即为通过振动处理时效后内应力得到减小的波纹管。根据材料分析方法，应力计算公式σ＝K·M，其中，K为应力常数，M为衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的变化斜率，用X射线衍射仪分别测出波纹管处理前后的角度关系，分别经过拟合处理得到图3。图3是本发明实例2振动时效处理前后衍射角θ对衍射晶面方位角sin2ψ的角度关系示意图，其中，DZ-3线为振动前所测得数据拟合出的M值曲线，DZ-4线为振动后所测得数据拟合出的M值曲线。由图3可知，斜率M在振动前后发生了改变，振动后比振动前变的平缓，由内应力计算公式，M值减小，说明高频振动处理后内应力有了一定程度的减小。表1为实例1和实例2波纹管振动时效处理前后内应力对比表，在表1中σ1表示振动时效处理前波纹管的应力值，σ2表示振动时效处理后的波纹管应力值，σk表示振动时效处理前后的应力差，σk＝σ1-σ2，k表示内应力消除率，k＝σk/σ1。由表1可知，低频振动处理使波纹管内应力由+100MPa减小到+62MPa，消除率达到38％；高频振动处理使波纹管内应力由-70MPa减小到-37MPa，消除率达到47.1％。编号温度/频率时间(h)σ1(MPa)σ2(MPa)σk(MPa)k(％)实例1500Hz1+100+623838实例22.5KHz1-70-373347.1表1表2为实例1和实例2波纹管振动时效处理前后刚度值对比表。由表2可知，振动前后波纹管的刚度并没有发生很大的变化，这对维持波纹管的材料稳定性具有重要的意义。编号热处理前(g/mm)热处理后(g/mm)实施例1258247实施例2234240表2本发明为该领域内首次采用简单易操作的振动时效处理工序，工艺难度低，可大幅度降低波纹管内应力，工件宏观变形量极小，基本不会引起工件的疲劳损伤；本发明提供的方法在一定程度上提高了制冷器关键部件-调节机构的机械精度，大大节省后期的调试过程，从而缩短制作周期，提高产品稳定性，进而提高工作效率、增加产能。本发明提供的方法完善了红外探测领域内精密薄壁器件的研发使用，尤其是填补了波纹管自调制冷器在去除波纹管内应力方向的空白，是提高该型制冷器稳定性方面的一项关键性突破。以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。当前第1页1 2 3