CN102756339B - 一种防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化和校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空航天壁板成形技术，涉及一种防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化和校正方法。本发明首先对壁板零件进行区域划分，然后再将数据输入到喷丸设备中，最后采用双面对喷的方式进行喷丸强化。当所述喷丸发生面内弯曲时，对蒙皮进行校正，首先选择校形区，再将数据输入至喷丸设备中；在发生面内弯曲的变形区域的内、外蒙皮进行双面对喷。本发明针对复杂结构外形壁板保证成形后零件空间外形不变的情况下进行喷丸强化，以及喷丸强化后产生面内弯曲的校形方法，减少了零件报废率，避免了重大经济损失，具有良好的技术经济效益。
Description
技术领域
本发明属于航空航天壁板成形技术，涉及一种防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化和校正方法。
背景技术
壁板是航空航天飞行器上最重要的零件类型之一，既是构成气动外形的重要组成部分，同时也是飞机机翼、机身等的主要承力构件。壁板类零件的主要成形方法是喷丸成形，为了提高零件的疲劳强度和疲劳极限，喷丸成形后一般均需要对零件全表面进行喷丸强化处理。原有壁板类零件多为等厚度设计，且结构特征复杂程度较低。喷丸强化后零件少有面内弯曲现象。
随着飞机性能的不断提高，对飞机结构气动性和整体性要求越来越高，先进飞机的壁板零件不仅具有复杂双曲率外形，同时还具有复杂的内部结构，如变厚度设计，带加强凸台、带加强筋等。在航天器设计中，由于蒙皮采用等强度设计，因此不同载荷区厚度不同；同时为提高结构效率和减轻结构重量，壁板多带有整体加强凸台和加强筋。由于零件蒙皮各区域厚度不同、筋条和凸台等结构要素分布的不均匀性以及喷丸成形时在各区域产生的弹丸覆盖率不同，在进行壁板零件全表面喷丸强化时，如果各区域采用相同喷丸强度，由于各个区域因喷丸强化产生的材料延伸变形量不同，不可避免地会沿零件长度方向产生面内弯曲现象（俗称马刀弯）（如图1所示），壁板零件长度越长，面内弯曲现象越严重，极易造成零件边界线超差无法与相邻壁板连接装配而导致零件报废，产生重大经济损失。
发明内容
本发明的目的主要针对复杂结构壁板零件喷丸强化引起的面内弯曲问题，提出了防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化方法和校正方法。
本发明的技术方案是
（1）划分区域
根据壁板零件的厚度分布，沿弦向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为两个区域；沿展向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为四个区域，根据其平均厚度值由大到小分别设为Z1、Z2、Z3、Z4；
（2）设计喷丸工艺参数并输入到喷丸设备
根据设计给定零件喷丸强度的范围，将其五等分，由强到弱分别设为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，在壁板零件划分的四个区域内，设计喷丸强度如下：Z1区外表面喷丸强度为Q1，内表面喷丸强度为Q2；Z2区外表面喷丸强度为Q2，内表面喷丸强度为Q3；Z3区外表面喷丸强度为Q3、内表面喷丸强度为Q4；Z4区外表面喷丸强度为Q4、内表面喷丸强度为Q5。将喷丸强度对应的喷射气压、喷嘴移动速度、弹丸流量、喷嘴直径、弹丸型号及喷打轨迹输入到喷丸设备中；
（3）喷丸强化
对壁板内、外表面进行全覆盖喷丸强化。
当所述喷丸发生面内弯曲时，对蒙皮进行校正，
（1）选择校形区
在面内弯曲的内凹边沿展向取面内弯曲起始点至变形终止点作为喷丸校形的展向区域，该区域沿其弦向至厚度突变位置或壁板零件1/4宽度区作为喷丸校形区；
（2）设计喷丸校形工艺参数并输入到喷丸设备中
根据面内弯曲变形量，将大于喷丸强化的喷射气压和喷嘴移动速度、其他参数不变输入到喷丸设备中；
（3）喷丸校形
在校形区内对壁板内、外表面进行喷丸校形；
（4）检验
把零件放置在检验型架上，检测零件外形边界。如果零件外形边界仍不满足设计要求，则继续增大喷射气压和喷嘴移动速度，重复步骤2、3、4，逐步逼近，直到满足设计要求。
本发明具有的优点和有益效果
本发明针对复杂结构外形壁板保证成形后的空间外形不变的情况下进行喷丸强化，其优点表现在：
采取蒙皮内、外表面双面对喷的喷丸强化方法以保证零件沿弦向无附加变形。
喷丸强化时外表面的喷丸强度大于内表面，以保证零件沿展向无附加变形，
根据壁板零件的厚度分布，将零件划分为不同区域，对各区域采用不同的喷丸强度进行强化。
对喷丸强化后产生面内弯曲现象进行喷丸强化校形，其优点表现在：
校形时，厚蒙皮区喷丸强度需大于薄蒙皮区以消除由蒙皮厚度不均引起的面内弯曲变形。
校形时，有筋条区域喷丸强度需大于无筋条区以消除筋条排布引起的面内弯曲变形。
校形时，覆盖率大的区域喷丸强度需大于覆盖率小的区域以消除由喷丸成形覆盖率不同引起的面内弯曲变形。
本发明针对复杂结构外形壁板保证成形后的空间外形不变的情况下进行喷丸强化，以及喷丸强化后产生面内弯曲的校形方法，减少了零件报废率，避免了重大经济损失，具有良好的技术经济效益。
附图说明
图1现有壁板零件面内弯曲示意图；
图2现有壁板零件喷丸强化后变形趋势示意图；
图3本发明壁板零件喷丸强化分区示意图；
图4是本发明壁板零件面内弯曲校形区域示意图。
具体实施方式
防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化方法为：
（1）划分区域
根据壁板零件的厚度分布，沿弦向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为两个区域；沿展向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为四个区域，根据其平均厚度值由大到小分别设为Z1、Z2、Z3、Z4；如图3
（2）设计喷丸工艺参数并输入到喷丸设备
根据设计给定零件喷丸强度的范围，将其五等分，由强到弱分别设为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，在壁板零件划分的四个区域内，设计喷丸强度如下：Z1区外表面喷丸强度为Q1，内表面喷丸强度为Q2；Z2区外表面喷丸强度为Q2，内表面喷丸强度为Q3；Z3区外表面喷丸强度为Q3、内表面喷丸强度为Q4；Z4区外表面喷丸强度为Q4、内表面喷丸强度为Q5。将喷丸强度对应的喷射气压、喷嘴移动速度、弹丸流量、喷嘴直径、弹丸型号及喷打轨迹输入到喷丸设备中；
（3）喷丸强化
对壁板内、外表面进行全覆盖喷丸强化。
当所述喷丸发生面内弯曲时，对蒙皮进行校正，
（1）选择校形区
在面内弯曲的内凹边沿展向取面内弯曲起始点至变形终止点作为喷丸校形的展向区域，该区域沿其弦向至厚度突变位置或壁板零件1/4宽度区作为喷丸校形区；
（2）设计喷丸校形工艺参数并输入到喷丸设备中
根据面内弯曲变形量，将大于喷丸强化的喷射气压和喷嘴移动速度、其他参数不变输入到喷丸设备中；
（3）喷丸校形
在校形区内对壁板内、外表面进行喷丸校形；
（4）检验
把零件放置在检验型架上，检测零件外形边界。如果零件外形边界仍不满足设计要求，则继续增大喷射气压和喷嘴移动速度，重复步骤2、3、4，逐步逼近，直到满足设计要求。
实施例一
对飞机机翼壁板进行喷丸强化，首先按照图3进行区域划分，厚度由大到小分别为Z1、Z2、Z3、Z4。设计给定喷丸强度范围为0.15～0.2mmA，则将其五等分，各级喷丸强度为：
Q1=0.2mmA；Q2=0.1875mmA；Q3=0.175mmA；Q4=0.1625mmA；Q5=0.15mmA
，则壁板四个区域内、外表面喷丸强度如下表所示。
| 喷打位置 | Z1 | Z2 | Z3 | Z4 |
| 外表面 | Q1 | Q2 | Q3 | Q4 |
| 内表面 | Q2 | Q3 | Q4 | Q5 |
详细工艺参数包括：
在法国Wheelaborator公司的MP15000数控喷丸机上进行喷丸强化，经过喷丸强化后的机翼壁板发生变形如图2，需要进行校正，按照图4所示区域在内、外表面进行双面对喷校形，校形参数及面内最大弯曲量如下表所示。
Claims (1)
1.一种防止壁板面内弯曲的保型喷丸强化和校正方法，其特征是，
(1)划分区域
根据壁板零件的厚度分布，沿弦向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为两个区域；沿展向两端面取其厚度平均点连线，将壁板零件划分为四个区域，根据其平均厚度值由大到小分别设为Z1、Z2、Z3、Z4；
(2)设计喷丸工艺参数并输入到喷丸设备
根据设计给定零件喷丸强度的范围，将其五等分，由强到弱分别设为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，在壁板零件划分的四个区域内，设计喷丸强度如下：Z1区外表面喷丸强度为Q1，内表面喷丸强度为Q2；Z2区外表面喷丸强度为Q2，内表面喷丸强度为Q3；Z3区外表面喷丸强度为Q3、内表面喷丸强度为Q4；Z4区外表面喷丸强度为Q4、内表面喷丸强度为Q5，将喷丸强度对应的喷射气压、喷嘴移动速度、弹丸流量、喷嘴直径、弹丸型号及喷打轨迹输入到喷丸设备中；
(3)喷丸强化
对壁板内、外表面进行全覆盖喷丸强化；
当所述喷丸发生面内弯曲时，对蒙皮进行校正，
a)选择校形区
在面内弯曲的内凹边沿展向取面内弯曲起始点至变形终止点作为喷丸校形的展向区域，该区域沿其弦向至厚度突变位置或壁板零件1/4宽度区作为喷丸校形区；
b)设计喷丸校形工艺参数并输入到喷丸设备中
根据面内弯曲变形量，将大于喷丸强化的喷射气压和喷嘴移动速度、其他参数不变输入到喷丸设备中；
c)喷丸校形
在校形区内对壁板内、外表面进行喷丸校形；
d)检验
把零件放置在检验型架上，检测零件外形边界，如果零件外形边界仍不满足设计要求，则继续增大喷射气压和喷嘴移动速度，重复步骤b、c、d，逐步逼近，直到满足设计要求。
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