CN101045287A - 一种双曲率壁板预应力喷丸成形技术 - Google Patents

Abstract

一种双曲率机翼壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于通过预应力夹具对板件进行弦向预弯和展向预弯并夹持固定，再用喷丸方法达到预期外形要求。该技术使壁板的受喷表面在预弯的拉应力状态下接受弹丸撞击，有助于受喷表层材料的延伸，同时加深了压应力层的深度，加大了压应力层中残余压应力的平均值，因此预应力喷丸成形扩大了喷丸成形的能力，特别适用于大型飞机复杂双曲率厚蒙皮壁板的成形。

Description

一种双曲率壁板预应力喷丸成形技术

技术领域

本发明涉及制造技术，更具体地说涉及大型飞机复杂机翼壁板的喷丸成形技术。

背景技术

飞机的气动性能主要取决于机翼翼型，复杂双曲面外型是现代大型飞机设计的主流，能够提高飞机巡航速度，具有油耗低、气动性能优良等显著优势。然而，复杂翼型同时增大了机翼壁板成形的难度，对此种厚度和曲率均分别在展、弦呈双向变化的机翼壁板，目前首选的成形方法是喷丸成形。喷丸成形是利用高速金属弹丸流撞击金属板件表面，使受喷表面的表层材料产生塑性变形，引入残余应力，逐步使工件达到外形曲率要求的一种成形方法，其成形曲率的大小主要取决于弹丸传递能量的大小。而自由喷丸对于双曲率、变厚度的大型机翼壁板的成形能力有限，难以最终成形。

为了克服现有自由喷丸对双曲率、变厚度的大型机翼壁板喷丸成形的不足，本发明公开一种双曲率壁板预应力喷丸成形技术以及所使用的成形预应力夹具和壁板的预弯夹持方法。

发明内容

一种双曲率机翼壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于通过预应力夹具对板件进行弦向预弯和展向预弯并夹持固定，使壁板外形各主要特征点的几何数据与成形数据的趋势吻合，再用喷丸方法达到预期外形要求。

上述的预应力喷丸，受喷表面是在预弯的拉应力状态下接受弹丸撞击，与自由喷丸相比，此种拉应力有助于受喷表层材料的延伸，同时加深了压应力层的深度，加大了压应力层中残余压应力的平均值，因此预应力喷丸成形扩大了喷丸成形的能力，控制了壁板材料变形的方向，特别适用于大型飞机复杂双曲率厚蒙皮壁板的成形。

众所周知，大型双曲率壁板外形面上每个点的曲率一般是由方向成一定角度的极大和极小两个主曲率构成，并且极大曲率方向往往近似与壁板弦向方向一致，称为弦向曲率；极小曲率的方向往往近似与壁板展向方向一致，称为展向曲率。预应力夹持是借助预应力夹具对壁板进行弦向预弯夹持和展向预弯夹持，分别满足壁板成形的弦向曲率和展向曲率。

对大型壁板零件的预弯夹持是实施预应力喷丸成形的关键，本发明的预弯夹持是采用一组具有柔性组合能力的预应力夹具，其特征在于所述的预应力夹具包含若干组合式的立柱，立柱上设有定位孔槽，另有上下横梁和横梁导轨将立柱的两端分别固定，使立柱、横梁和横梁导轨共同形成一个刚性空间，承载壁板预弯时的弹力。该夹具的立柱在横梁和横梁导轨上的固定位置具有柔性调节功能，一般可根据壁板的曲率以及肋位位置进行移位调节。

使用上述夹具对壁板的一种预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持在预应力夹具的同一立柱上实施，由固定在立柱上的多个施力夹具对壁板弦向内侧和外侧相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反。实施中，固定在立柱上的施力夹具可以通过施力点向壁板内外侧施力，也可以将施力夹具的施力头设计成连续的预弯卡板，预弯卡板的曲率与壁板的弦向曲率对应。该预弯夹持方法一般用于对壁板弦向的预弯夹持。上述的弦向预弯的中间施力点最好是该壁板弦向的理论最大曲率点。

使用上述夹具对壁板的又一种预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持在预应力夹具同组横梁导轨上的两个并列立柱上实施，固定在两个立柱上的施力夹具分别向壁板相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反，两个立柱之间通过拉杆拉紧连接，拉杆可以调节两个立柱之间的距离。该预弯夹持方法适应于厚度大、刚性强的壁板弦向预弯成形，或者适应于弦向和展向同时预弯成形。

使用上述夹具对壁板的再一种预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持由固定在同组横梁导轨上的两个并列立柱上实施，在其中一个立柱上设有多个施力夹具对壁板弦向内侧和外侧相向施力并夹持，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反，另一个立柱通过拉杆对夹持壁板的立柱整体施力。该预弯夹持方法适用于对壁板的展向预弯。

上述的三种预弯夹持方法可以在大型壁板的预弯夹持中结合使用，对壁板的弦向预弯，最好采用在每一个立柱上的三点施力，对壁板的展向预弯，最好采用并列立柱和拉杆对夹持壁板的立柱整体施力。

该夹具不但能对壁板单独实现弦向预弯或展向预弯，而且能够在保持弦向预弯量的情况下，同时实现展向预弯。

对预弯夹持状态下的壁板，根据壁板的厚度和曲率变化确定喷丸路径和喷丸的具体参数，由数控喷丸机对壁板实施喷丸成形。

以下结合实施例附图对该申请作进一步详细描述：

图1是一种双曲率机翼壁板的理论数模外形

图2是待预弯成型的展开壁板零件

图3是预弯夹持在预应力夹具上的壁板零件

图4是展向预弯示意

图5、图6、图7、图8是壁板的预弯夹持方法示意

图示说明：壁板1、肋位线2、展向曲率线3、立柱4、辅助立柱4′、横梁5、横梁导轨6、施力夹具7、定位孔8、拉杆9、参考面10

具体实施例

参见附图：图1所示的理论外形是一种双曲率结构，其弦向曲率由壁板1上的数条横向肋位线2作为代表曲率线，其展向曲率线3由壁板上的中心纵线作为代表曲率线。本发明所解决的技术问题是将如图2所示的展开壁板利用预应力夹具进行预弯夹持，使壁板上的各条肋位线、展向曲率线的预弯状态符合图1所示的理论外形，再利用喷丸的方式使壁板零件成形。

本发明所使用的预应力夹具如图3所示，由若干个立柱4与横梁5和横梁导轨6组成一个刚性框架，立柱4的数量和在横梁导轨6上的固定位置可以柔性调节。成形立柱上设有固定施力夹具7的定位孔8(也可以是定位槽)。壁板1通过施力夹具7被预弯夹持在预应力夹具的立柱4上，壁板弦向预弯的位置与壁板的肋位线2对应，壁板的展向预弯由立柱4在横梁导轨6上的相对位置决定。

对壁板预弯成形时，首先通过计算机软件对壁板理论数模进行几何分析，得出壁板各肋位线2上特征点的曲率值；同时，设定一个参考面10，分析各特征点与参考面的垂直距离，以此作为壁板预弯夹持时的理论依据。

如图4所示，通过调整立柱4在横梁导轨5上的相对位置实施壁板的展向预弯，对于调整立柱的位置和调整量的选择是以壁板3D数模为依据，实施中的具体方法是取壁板3D数模的展向中心线作为壁板外形的展向曲率线3，设定一个参考面10，分析出该曲率线上各肋位点与参考面的垂直距离，然后调整各肋位对应的成形立柱在横梁导轨上的固定位置，使相邻成型立柱之间的壁板展向预弯，达到壁板1的展向中心线曲率与壁板设计3D数模的展向曲率线3吻合，即可实现展向预弯的目的。夹持在预应力夹具上的壁板，在预应力的状态下，较容易通过喷丸实现成形。

本发明的弦向预弯选择壁板的肋位线2为弦向预弯位置，将预应力夹具的成形立柱4分别与壁板上的各肋位线相对应，(这里不排除在壁板非肋位线位置设置立柱)，将壁板的每个肋位线位置在对应立柱上弦向预弯夹持，肋位线上的最大曲率点，是该肋位弦向预弯时的施力点，使壁板的每个肋位曲率与理论肋位线的曲率吻合，实现弦向预弯夹持的目的。

本发明的展向预弯是通过位移弦向预弯的成形立柱，使壁板的中心线与展向曲率线3吻合达到展向预弯的目的。

弦向预弯的预弯夹持方法如图5所示，壁板1沿肋位线方向被施力夹具7固定在立柱4上，中间位置施力支点C是壁板肋位弦向曲率最大值点，压点A和B在壁板肋位两边沿，但应避开壁板边沿下陷区，通过立柱上施力支点C的伸缩，在壁板肋位形成以A和B为压点，C为支点的三点弯曲，达到弦向预弯的目的。

图6、图7所示的预弯夹持方法，是在对壁板实施弦向预弯夹持的基础上，通过另一与立柱4并列的辅助立柱4′和连接两个立柱的拉杆9对立柱4实施整体位移的预弯方法，图6中将立柱4向右侧位移，辅助立柱4′位于立柱4的右侧。图7将立柱4向左侧位移，辅助立柱4′位于立柱4的左侧。位移时，被位移的立柱4两端在横梁导轨6中处于可移动状态，位移结束后再将立柱4的两端与横梁导轨6进行相对固定。该预弯夹持方法适用于对壁板的展向预弯。

图8为另一种预弯夹持方式，预弯夹持是由位于同一横梁导轨6上的立柱4和辅助立柱4′共同实施，施力点C由固定在立柱4上的施力夹具实施，施力点A和B由固定在辅助立柱4′上的施力夹具实施，两个立柱之间有拉杆9固定，并通过拉杆9可以调整两个立柱之间的距离和各施力点的施力大小。该预弯方法，适用于刚性较大的壁板或者适用于对壁板进行展向和弦向同时预弯夹持使用。

上述的各种预弯夹持方法中，对各施力点的位置和施力大小的调节，是通过固定在立柱上的施力夹具的固定位置和伸缩量决定，实现壁板理论预弯曲率的目的。

实施中，对上述的弦向点预弯和展向线预弯的施力方式可以不拘先后，可根据壁板的具体曲率分布情况融合使用。对曲率变化和厚度变化复杂的壁板，也可以将壁板进行多次、局部预弯夹持并喷丸定形，实行预弯、喷丸、再预弯、再喷丸的分次预弯成形的方法，并保证所有预弯应在壁板材料弹性范围内，直至壁板的成形曲率与理论曲率相一致。

Claims (8)

1、一种双曲率机翼壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于通过预应力夹具对壁板进行弦向和展向预弯夹持，使壁板外形各主要特征点的几何数据与理论外形数据吻合，再用喷丸方法达到成形的目的。

2、如权利要求1所述的双曲率壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于所述的预应力夹具包含若干组合式的成形立柱，立柱上设有定位孔槽，另有上下横梁和横梁导轨将立柱的两端分别固定，使立柱与横梁形成一个刚性空间，承载壁板预弯时的弹力。

3、如权利要求1和2所述的双曲率壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于所述的弦向预弯是由固定在同一成型立柱上的多个施力夹具对壁板弦向内侧和外侧相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反。

4、如权利要求1和2所述的双曲率壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于所述的弦向预弯是由固定在同组横梁导轨上的两个并列立柱上实施，固定在两个立柱上的施力夹具分别向壁板相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反。

5、如权利要求1或2所述的双曲率壁板预应力喷丸成形技术，其特征在于所述的展向预弯是将实施弦向预弯的立柱沿横梁导轨整体移位，使相邻立柱之间的壁板展向预弯。

6、一种壁板的预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持在预应力夹具的同一立柱上实施，由固定在立柱上的多个施力夹具对壁板弦向内侧和外侧相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反。

7、一种壁板的预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持在预应力夹具同组横梁导轨上的两个并列立柱上实施，固定在两个立柱上的施力夹具分别向壁板相向施力，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反，两个立柱之间通过拉杆拉紧连接。

8、一种壁板的预弯夹持方法，其特征在于预弯夹持由固定在同组横梁导轨上的两个并列立柱上实施，在其中一个立柱上设有多个施力夹具对壁板弦向内侧和外侧相向施力并夹持，施力点至少有三个，且中间施力点与两侧的施力点方向相反，另一个立柱通过拉杆对夹持壁板的立柱整体施力。

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