CN101004595A - 飞机外壳成形件激光精调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机外壳成形件激光精调方法，包括如下步骤：1)通过计算平台模拟加工，对需要激光精调的区域进行分析；2)根据步骤1)中所得到激光加工参数3)通过计算机控制系统控制激光进行精调；4)利用测量壁板状态的传感器向计算机控制系统反馈应力、应变等实时监控数据，计算机控制系统根据这些数据及时修正加工参数。本发明利用激光产生的非均匀温度场实现了对飞机外壳成形件的精调。

Description

飞机外壳成形件激光精调方法

技术领域

本发明涉及一种用于飞机外壳成形件的精调方法。

背景技术

整体壁板是飞机、火箭和卫星等飞行器的关键承力结构件。整体壁板系由铝合金坯件经整体成形而成，因具有结构效率高、重量轻、强度高、气密性好以及可靠性和抗疲劳性能优越等一系列优势，是新型飞行器设计的优先结构形式。飞机整体壁板的成形制造难度大。整体壁板零件尺寸大、结构复杂、曲率小，其外形多为复杂空间曲面，壁板整体成形时不但要克服筋条结构的支撑作用，而且要防止筋条在成形过程中起皱，除此之外，成形时还必须防止筋条和蒙皮因变形差异过大在其交界处(也是壁板易于产生应力集中的部位)形成裂纹或遗留开裂隐患。现有常规成形方法在满足新型飞行器不断提高的性能要求方面已显得力不从心。

对于非整体壁板，蒙皮和筋条一般是分别加工，然后再使用铆接或者焊接的手段使两者能够结合成为一个整体。这种方法相对于整体壁板能够很好的节省材料，节省加工能源。但是在实际使用中，铆接处和焊接处也极容易产生应力集中，这很容易导致结构在铆接处特别是焊接处发生一定程度上的变形，从而影响飞机壁板成形精度。为了满足其尺寸和形状精度要求，对这类零件往往还需要根据经验采用“人工锤敲”、“皮条抽打”或“喷丸”等手段进行微调。但是，“人工锤敲”、“皮条抽打”往往依赖于加工者的经验，不易实现制造自动化。除此之外，“人工锤敲”、“皮条抽打”容易在工件表面留下损伤，成为安全隐患。大型民用飞机是绝对不允许“人工锤敲”、“皮条抽打”的。

喷丸方法是通过被喷射表面产生的局部塑性变形使工件逐渐弯曲来而成形壁板，是一种无模(不需要模具和压力机)冷成形工艺。金属弹丸借助高压空气或高速旋转离心轮的功能，高速撞击零件表面，使表面材料产生塑性变形，形成无数多个小凹坑，结果是被喷表面面积增加，大于未喷表面。从应力的观点来说明，喷丸的结果，使零件表面诱导出一种残余压应力，和材料内部的拉应力相平衡。这两种力互相作用，能够使零件产生各种各样的变形。这些变形取决于零件的形状和零件的受喷状态。该方法成形精度较高、可实现数控加工，其缺点是噪音大、有粉尘污染，不能成形需要大变形的区域。喷丸成形机理的复杂性导致工艺分析的复杂性，加之成形过程中诸多影响因素，使喷丸成形参数的选择主要依靠实验数据和操作经验，采用渐进的方法，耗时费资。喷丸方法需要大量的实际喷丸经验，而传统经验型的制造方法已不能在现代复杂外形整体壁板件的制造中起到高效作用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种在铆接或者焊接后能够消除加工过程中所产生变形的激光精调方法。

为实现上述目的，本发明一种飞机外壳成形件激光精调方法包括如下步骤：

1)建立成形材料的力学性能和热物性等相关性能参数以及成形零件的结构、尺寸和形状数据库。以及材料在多物理场(机械载荷、热载荷)的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统。并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置以及激光加工参数进行预判断，即通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹，以及加工时坯件的约束条件；

2)将步骤1)中的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的能量、时间、空间坐标、速度、轨迹等工艺参数；

3)在机械加工时，根据步骤2)中的参数通过计算机控制系统控制进行激光精调加工以达到预期的成形效果；

4)在步骤(3)加工的同时，用于测量坯件状态的传感器向控制系统反馈应力、应变等实时监控数据，计算机控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，从而在整个加工过程中形成闭环控制。

本发明利用激光在成形件上产生的非均匀温度场修正因焊接或者铆接所产生的成形误差从而提高成形精度。

具体实施方式

本发明利用激光与材料相互作用所产生的热量精调成形主要是利用了激光所产生的非均匀温度场。材料对于不同的温度响应不同，一般来说，焊接过程中处于温度高的部分材料变形较大，相反的，处于温度低的部分变形相对较小，而这个差异足以使坯件发生弯曲。改变作用强度，作用时间可以控制其弯曲方向和弯曲程度。

具体的实施步骤如下：

1)建立成形材料的力学性能和热物性等相关性能参数以及成形零件的结构、尺寸和形状数据库。以及材料在多物理场(机械载荷、热载荷)的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统。并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置以及激光加工参数进行预判断，即通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹，以及加工时坯件的约束条件；

2)将步骤1)中的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的能量、时间、空间坐标、速度、轨迹等工艺参数；

3)在机械加工时，根据步骤2)中的参数通过计算机控制系统控制进行激光精调加工以达到预期的成形效果；

4)在步骤(3)加工的同时，用于测量坯件状态的传感器向控制系统反馈应力、应变等实时监控数据，计算机控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，从而在整个加工过程中形成闭环控制。

Claims (1)

1、一种飞机外壳成形件激光精调方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立成形材料的力学性能和热物性等相关性能参数以及成形零件的结构、尺寸和形状数据库。以及材料在多物理场(机械载荷、热载荷)的作用下的响应规律，建立计算平台和专家系统。并通过该计算平台对坯件的虚拟加工，对难成形、需要激光加工的位置以及激光加工参数进行预判断，即通过对加工过程的模拟得出激光的技术参数、需要激光加工的区域和轨迹，以及加工时坯件的约束条件；

2)将步骤1)中的各项条件通过计算机控制系统转换成激光加工的能量、时间、空间坐标、速度、轨迹等工艺参数；

3)在机械加工时，根据步骤2)中的参数通过计算机控制系统控制进行激光精调加工以达到预期的成形效果；

4)在步骤(3)加工的同时，用于测量坯件状态的传感器向控制系统反馈应力、应变等实时监控数据，计算机控制系统根据这些数据及时修正工艺参数，从而在整个加工过程中形成闭环控制。