CN105013905B - 一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法，通过预成型、热处理、铺施热炭、填充钢球、振动和加热等步骤，完成对大型曲面复合材料工装钢板的整体成型加工，适合大型钢板的曲面成型，特别是能够解决大型钢板双曲面成型的难题。本发明方法能够提高大型整体钢板的成型精度，保证钢板表面质量，降低操作者的工作强度和安全隐患，避免了对机械设备行程和工人技能的依赖，适合建立标准化的成型工艺流程，而且工装成型钢板的厚度均匀，热传导稳定，大幅度提高复合材料的成品合格率和工装有效使用寿命。

Description

一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法

技术领域

本发明创造涉及一种钢板整体成型的工艺方法，尤其是一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法。

背景技术

在复合材料工装的制造领域，尤其是航空领域，要求工装所用成型的钢板必须是整体金属板金属板不能拼接，不能有焊接接缝，工装所用的金属板要求是整体成型。截面曲率变化大、厚度大的金属成型过程是非常困难的，在成型过程中存在很大的设备和人员风险，而且钢板的回弹、成型精度和工期无法有效控制。

现有技术中，在制造这类大型曲面复合材料工装整体钢板的成型工艺方法中，通常会遇到以下问题：

1、通过大型机械设备拉深加热后的钢板成型，在钢板变化曲率大时，超过设备的行程或与设备的机构件发生干涉，无法完成成型过程。

2、在设备无法完成成型加工时，通常是人工用气焊加热钢板并施加外力来完成钢板的成型过程，只能进行局部钣金成型，缺少对整体曲面曲率的控制，钢板流线度无法保证。

3、无论是大型机械设备、人工或设备与人工相结合的方法，都存在一些不足，对大型曲面复合材料工装整体钢板的成型都会造成成型精度不准确、施力大小不可控、钢板表面流线度差、加工劳动强度高、设备与人员风险大和无法标准化等问题。

通过现有技术成型的曲面钢板，由于钢板成型精度不准确，在数控加工中就会造成钢板的厚度不均匀，一般厚度差都在3～7mm。钢板的厚度不一致，在复合材料成型过程中，在工装升温和降温时，就存在传导温差不均、胀缩不同步和应力突然释放等现象，这就造成复合材料的成型和固化过程中产生应力和变形，严重影响复合材料成品质量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法,适合大型钢板的成型，能够解决大型钢板双曲面成型难的问题，并提高大型整体钢板的成型精度，保证钢板表面质量，降低操作者的工作强度和安全风险，避免了对机器设备和人员加工能力的依赖，适合建立标准化的成型工艺流程。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法，其步骤为：

1）根据复合材料工装所用整体体钢板的尺寸下料，并单边留工艺加工量20mm；

2）预成型：根据整体钢板的最小曲率辊弯成弧形钢板；

3）热处理去应力：采用振动去除残余应力和热处理氧化产物；

4）人工去除顽固的工装预成型面的氧化产物；

5）将经过步骤4）加工后的弧形钢板放在工装的支撑架上，将弧形钢板的两侧用钢板封住并与支撑架固定；

6）在弧形钢板的底部铺一层正在燃烧的木炭和焦炭；

7）将钢球加热后，铺在木炭和焦炭的上面；

8）重复步骤6）和步骤7），直至钢球与钢板弧形上沿持平；

9）用燃烧的乙炔气体在钢板外部进行加温；

10）利用钢球之间的刚性间隙，向钢球间的木炭和焦炭通氧气；

11）静置4小时，保持弧形钢板温度为530～590℃；

12）在整体钢板的四角和底部引振动源，使整体钢板内部的钢球产生振动，在此过程中补充钢球数量，保持钢球与钢板弧形上沿持平；

13）完成10次振动周期后，结束氧气输送，改变振动周期，并按新的周期循环振动至钢板成型；

14）弧形钢板完全与底部支撑架贴合后，停止乙炔气体加热保温过程；

15）冷却至常温，移除钢球，拆卸辅助设施，清理成型钢板表面。

本发明创造的有益效果在于：本发明创造提供了一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法，通过预成型、热处理、铺施热炭、填充钢球、振动和加热等步骤，完成对大型曲面复合材料工装钢板的整体成型加工，适合大型钢板的曲面成型，特别是能够解决大型钢板双曲面成型的难题。本发明方法能够提高大型整体钢板的成型精度，保证钢板表面质量，降低操作者的工作强度和安全隐患，避免了对机械设备行程和工人技能的依赖，适合建立标准化的成型工艺流程，而且工装成型钢板的厚度均匀，热传导稳定，大幅度提高复合材料的成品合格率和工装有效使用寿命。

附图说明

图1：为钢板支撑立体图。

图2：为成型后的大型双曲面钢板立体图。

具体实施方式

1、一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法，其步骤为：

1）根据复合材料工装所用整体体钢板的尺寸下料，并单边留工艺加工量20mm。

2）预成型：根据整体钢板的最小曲率辊弯成弧形钢板。

3）热处理去应力，再采用振动去除残余应力和热处理氧化产物。

4）人工去除顽固的工装预成型面的氧化产物，保证预成形型面光顺无杂质。

5）将辊弯并去应力后的弧形钢板放在工装的支撑架上，支撑架如图1所示，将弧形钢板的两侧用厚度为40mm的钢板封住并与支撑架固定。

6）在弧形钢板的底部铺一层厚度为50～80mm正在燃烧的木炭和焦炭，其重量比例为5：2。

7）将直径80mm、100mm和120mm直径的钢球加热到620～650℃，数量比为2：5：3，将钢球随机的铺一层在木炭和焦炭上面。

8）重复步骤6）和步骤7），直至钢球与钢板弧形上沿持平。

9）用燃烧的乙炔气体在钢板外部进行加温，保持钢板温度在550℃～610℃。

10）利用钢球之间的刚性间隙，向钢球间的木炭和焦炭通氧气，每隔0.5小时，通氧气0.3小时。

11）静置4小时，保持弧形钢板温度为530℃～590℃，关注钢板变形量。

12）在整体钢板的四角和底部引入不同频率的振动源，使整体钢板内部的钢球产生振动，每隔1小时振动0.2小时，随时补充钢球数量，保持钢球与钢板弧形上沿持平。

13）完成10次振动周期后，结束氧气输送，振动间隔改为每隔0.5小时振动0.3小时，并按新的周期循环振动至钢板成型。

14）如图2所示，弧形钢板完全与底部支撑架贴合后，停止乙炔气体加热保温过程。

15）冷却至常温，移除钢球，拆卸辅助设施，清理成型钢板表面。

Claims (1)

1.一种大型曲面复合材料工装钢板整体成型的工艺方法，其步骤为：

1）根据复合材料工装所用整体钢板的尺寸下料，并单边留工艺加工量20mm；

2）预成型：根据整体钢板的最小曲率辊弯成弧形钢板；

3）热处理去应力：采用振动去除残余应力和热处理氧化产物；

4）人工去除顽固的工装预成型面的氧化产物；

5）将经过步骤4）加工后的弧形钢板放在工装的支撑架上，将弧形钢板的两侧用钢板封住并与支撑架固定；

6）在弧形钢板的底部铺一层正在燃烧的木炭和焦炭；

7）将钢球加热后，铺在木炭和焦炭的上面；

8）重复步骤6）和步骤7），直至钢球与钢板弧形上沿持平；

9）用燃烧的乙炔气体在钢板外部进行加温；

10）利用钢球之间的刚性间隙，向钢球间的木炭和焦炭通氧气；

11）静置4小时，保持弧形钢板温度为530～590℃；

12）在整体钢板的四角和底部引振动源，使整体钢板内部的钢球产生振动，在此过程中补充钢球数量，保持钢球与钢板弧形上沿持平；

13）完成10次振动周期后，结束氧气输送，改变振动周期，并按新的周期循环振动至钢板成型；

14）弧形钢板完全与底部支撑架贴合后，停止乙炔气体加热保温过程；

15）冷却至常温，移除钢球，拆卸辅助设施，清理成型钢板表面。