CN106541333B

CN106541333B - 一种“h”形悬臂结构喷丸后变形的校形方法

Info

Publication number: CN106541333B
Application number: CN201610928825.9A
Authority: CN
Inventors: 吴凌飞; 常伟; 王强; 王欣; 宋颖刚; 罗学昆; 艾莹珺
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN106541333A

Abstract

本发明属于一种零件无磨具冷校形技术，涉及一种用喷丸的方法对喷丸强化后的大悬宽比“H”型零件进行校形的方法。喷丸后变形的校形步骤如下：确定“H”形悬臂结构喷丸后的变形情况；确定校形时的喷丸位置；增加覆盖率的喷丸校形处理；改变喷丸强度的喷丸校形处理；改变喷丸介质尺寸的喷丸校形处理。本发明提出了一种大悬宽比“H”型零件的强化后校形方法，解决了大悬宽比“H”型零件在喷丸强化过程中可能出现的变形问题，使其达到设计的尺寸要求。

Description

一种“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形方法

技术领域

本发明属于一种零件无磨具冷校形技术，涉及一种用喷丸的方法对喷丸强化后的大悬宽比“H”型零件进行校形的方法。

背景技术

在工业中有大量“H”型连接结构，参见图1，所述“H”形悬臂结构由下板1、上板2和连接体3连接组成，下板1和上板2是尺寸相同的、截面为矩形或者梯形的板条，连接体3是一个长方体，连接体3的上表面与上板2的中部连接为整体，连接体3的下表面与下板1的中部连接为整体，下板1、上板2和连接体3通过整体加工成型如飞机机身与起落架的连接等。其特点是：

(1)零件往往作为承力结构的连接件，承受疲劳载荷作用，疲劳断裂为主要失效形式；

(2)零件的悬宽比(即悬臂长度与零件宽度的比值)较大，悬臂刚性不足。

为提高此类零件的疲劳性能，设计及制造人员采用整体喷丸等表面强化手段来提高零件的服役能力。但由于零件悬臂刚性不足，受喷丸强化的不均匀性影响，零件的悬臂远端往往会出现变形，影响零件尺寸。因此，需要一种在不影响零件疲劳性能的前提下控制零件变形的方法，使其满足设计要求。

发明内容

本发明的目的是：提出一种大悬宽比“H”型零件的强化后校形方法，以便解决大悬宽比“H”型零件在喷丸强化过程中可能出现的变形问题，使其达到设计的尺寸要求。

本发明的技术方案是：一种“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形方法，所述“H”形悬臂结构由下板1、上板2和连接体3连接组成，下板1和上板2是尺寸相同的、截面为矩形或者梯形的板条，连接体3是一个长方体，连接体3的上表面与上板2的中部连接为整体，连接体3的下表面与下板1的中部连接为整体，下板1、上板2和连接体3通过整体加工成型；对“H”形悬臂结构根据喷丸工艺规范已经进行了喷丸处理，其特征在于，喷丸后变形的校形步骤如下：

1、确定“H”形悬臂结构喷丸后的变形情况：

利用三坐标测量机对“H”形悬臂结构进行尺寸测量，确定下板1和上板2悬臂端面的变形方向和变形量；

2、确定校形时的喷丸位置：

根据步骤1测量确认的下板1和上板2悬臂端面的变形方向确定校形时的喷丸位置，当下板1向背离连接体3的方向变形时，选择下板1的下表面作为喷丸校形的表面；当下板1向朝向连接体3的方向变形时，选择下板1的上表面作为喷丸校形的表面；当上板2向背离连接体3的方向变形时，选择上板2的上表面作为喷丸校形的表面；当上板2向朝向连接体3的方向变形时，选择上板2的下表面作为喷丸校形的表面；

3、增加覆盖率的喷丸校形处理：

3.1、喷丸校形参数的选用原则：

选用的100～200％作为校形覆盖率，但与原喷丸强化过程的合计覆盖率不应超过设计约束上限；若设计无明确约束的，合计覆盖率不应超过400％。其他参数采用原喷丸工艺规范中的工艺参数；

3.2、校形处理：

采用步骤3.1所确定的喷丸校形参数对校形位置进行喷丸校形处理；

3.3、校形效果判断：

重复步骤1，确认下板1和上板2悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，则继续执行步骤4；

4、改变喷丸强度的喷丸校形处理：

4.1、喷丸校形参数的选用原则：

选用130％原喷丸工艺强度作为本步骤校形强度；选用100～200％的喷丸覆盖率作为校形覆盖率，但自喷丸强化过程起，累积覆盖率不能超过600％；其他参数采用原喷丸工艺规范中的工艺参数；

4.2、校形处理：

采用步骤1.4.1所确定的喷丸校形参数对校形位置进行喷丸校形处理；

4.3、校形效果判断：

重复步骤1，确认下板1和上板2悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，当设计许可喷丸介质尺寸调整时，继续执行步骤5；当设计不允许喷丸介质尺寸调整时，则“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形处理失败；

5、改变喷丸介质尺寸的喷丸校形处理：

5.1、喷丸介质尺寸的选用原则：

在设计许可范围内，选用更大尺寸的喷丸介质，但喷丸介质的材料不能改变；其他参数采用原喷丸工艺规范中的工艺参数；

5.2、校形处理：

依据步骤4.3的测量结果，采用步骤5.1所确定的喷丸校形参数对校形位置进行喷丸校形处理；

5.3、校形效果判断：

重复步骤1，确认下板1和上板2悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，则“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形处理失败。

本发明的优点是：提出了一种大悬宽比“H”型零件的强化后校形方法，解决了大悬宽比“H”型零件在喷丸强化过程中可能出现的变形问题，使其达到设计的尺寸要求。此外，本发明工艺实施便捷，利用制造过程中的工序直接进行校形处理，无需新增工序；不会引起构件疲劳性能的降低，不影响构件的设计性能。

附图说明

图1是一种大悬宽比“H”型零件的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。一种“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形方法，所述“H”形悬臂结构由下板1、上板2和连接体3连接组成，下板1和上板2是尺寸相同的、截面为矩形或者梯形的板条，连接体3是一个长方体，连接体3的上表面与上板2的中部连接为整体，连接体3的下表面与下板1的中部连接为整体，下板1、上板2和连接体3通过整体加工成型；对“H”形悬臂结构根据喷丸工艺规范已经进行了喷丸处理，其特征在于，喷丸后变形的校形步骤如下：

1、确定“H”形悬臂结构喷丸后的变形情况：

2、确定校形时的喷丸位置：

3、增加覆盖率的喷丸校形处理：

3.1、喷丸校形参数的选用原则：

3.2、校形处理：

3.3、校形效果判断：

4、改变喷丸强度的喷丸校形处理：

4.1、喷丸校形参数的选用原则：

4.2、校形处理：

4.3、校形效果判断：

5、改变喷丸介质尺寸的喷丸校形处理：

5.1、喷丸介质尺寸的选用原则：

5.2、校形处理：

5.3、校形效果判断：

本发明的工作原理是：在喷丸过程中，材料表面会产生拉-压平衡的残余应力场，当应力水平超过刚性约束水平时，零件会产生宏观变形；通过引入合理的内部应力场，使得零件自由变形并达到既定状态。同时，在合理强度、覆盖率范围内对零件进行局部补充喷丸，不会产生过喷问题，保证了零件的疲劳性能。本发明针对机械产品中常见的“H”型零件喷丸后悬臂出现偏转变形的问题，利用喷丸引入的残余应力场自平衡和表面材料塑性变形产品的附加弯矩，使用表面喷丸的方法，实现零件的校形。

实施例1

本实例为某型飞机机身及起落架连接用TC4撑杆结构，零件长大于1000mm，宽约80mm左右，喷丸强化工艺参数如下：

●喷丸介质：Z150陶瓷丸弹丸，名义直径Ф0.15mm；

●喷丸强度：0.15mmA～0.20mmA，实际喷丸强度为0.16mmA

●喷丸覆盖率：150％

第一步：零件喷丸强化后，悬臂最大变形达到0.50mm，设计最大容许变形量为0.02mm，确定零件需要采用本专利技术对零件进行喷丸校形处理；

第二步：确定喷丸校形面为悬臂构件内侧；

第三步：采用原喷丸工艺参数(除覆盖率外)，喷丸校形覆盖率为150％，累积覆盖率为300％；校形后，零件悬臂最大变形为0.42mm，仍不满足设计要求，继续采用步骤四；

第四步：采用原喷丸工艺参数(除喷丸强度外)，增加喷丸强度至0.21mmA校形后，喷丸覆盖率为150％，零件悬臂最大变形为0.14mm，仍不满足设计要求，继续采用步骤五；

第五步：经设计许可，采用Z300的陶瓷丸，喷丸强度0.16mmA，喷丸覆盖率为150％校形后,零件悬臂最大变形为0.01mmA，满足设计要求。

实施例2

本实例为某型飞机机身及起落架连接用TC21撑杆结构，零件长大于1500mm，宽约100mm左右，喷丸强化工艺参数如下：

●喷丸介质：Z150陶瓷丸弹丸，名义直径Ф0.15mm；

●喷丸强度：0.15mmA～0.25mmA，实际喷丸强度为0.18mmA

●喷丸覆盖率：200％

第一步：零件喷丸强化后，悬臂最大变形达到0.17mm，设计最大容许变形量为0.03mm，确定零件需要采用本专利技术对零件进行喷丸校形处理；

第二步：确定喷丸校形面为悬臂构件外侧；

第三步：采用原喷丸工艺参数(除覆盖率外)，喷丸校形覆盖率为200％，累积覆盖率为400％；校形后，零件悬臂最大变形为0.11mm，仍不满足设计要求，继续采用步骤三；

第四步：采用原喷丸工艺参数(除喷丸强度外)，增加喷丸强度至0.23mmA校形后，累积喷丸覆盖率为600％，零件悬臂最大变形为0.02mm，满足设计要求。

实施例3

本实例为某型飞机机身及起落架连接用300M钢撑杆结构，零件长大于1500mm，宽约100mm左右，喷丸强化工艺参数如下：

●喷丸介质：S230铸钢丸弹丸，名义直径Ф0.60mm；

●喷丸强度：0.20mmA～0.25mmA，实际喷丸强度为0.22mmA

●喷丸覆盖率：100％

第一步：零件喷丸强化后，悬臂最大变形达到0.77mm，设计最大容许变形量为0.03mm，确定零件需要采用本专利技术对零件进行喷丸校形处理；

第二步：确定喷丸校形面为悬臂构件外侧；

第三步：采用原喷丸工艺参数(除覆盖率外)，喷丸校形覆盖率为200％，累积覆盖率为300％；校形后，零件悬臂最大变形为0.62mm，仍不满足设计要求，继续采用步骤四；

第四步：采用原喷丸工艺参数(除喷丸强度外)，增加喷丸强度至0.30mmA校形后，累积喷丸覆盖率为400％，零件悬臂最大变形为0.34mm，仍不满足设计要求，继续采用步骤五；

第五步：经设计许可，采用原喷丸强化工艺参数(介质尺寸除外)，S390的铸钢丸校形后,累积喷丸覆盖率为500％，零件悬臂最大变形为0.05mmA，未达到设计要求，校形失败。

Claims

1.一种“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形方法，所述“H”形悬臂结构由下板(1)、上板(2)和连接体(3)连接组成，下板(1)和上板(2)是尺寸相同的、截面为矩形或者梯形的板条，连接体(3)是一个长方体，连接体(3)的上表面与上板(2)的中部连接为整体，连接体(3)的下表面与下板(1)的中部连接为整体，下板(1)、上板(2)和连接体(3)通过整体加工成型；对“H”形悬臂结构根据喷丸工艺规范已经进行了喷丸处理，其特征在于，喷丸后变形的校形步骤如下：

1.1、确定“H”形悬臂结构喷丸后的变形情况：

利用三坐标测量机对“H”形悬臂结构进行尺寸测量，确定下板(1)和上板(2)悬臂端面的变形方向和变形量；

1.2、确定校形时的喷丸位置：

根据1.1测量确认的下板(1)和上板(2)悬臂端面的变形方向确定校形时的喷丸位置，当下板(1)向背离连接体(3)的方向变形时，选择下板(1)的下表面作为喷丸校形的表面；当下板(1)向朝向连接体(3)的方向变形时，选择下板(1)的上表面作为喷丸校形的表面；当上板(2)向背离连接体(3)的方向变形时，选择上板(2)的上表面作为喷丸校形的表面；当上板(2)向朝向连接体(3)的方向变形时，选择上板(2)的下表面作为喷丸校形的表面；

1.3、增加覆盖率的喷丸校形处理：

1.3.1、喷丸校形参数的选用原则：

选用的校形覆盖率为100％～200％，但与原喷丸强化过程的合计覆盖率不应超过设计约束上限；若设计无明确约束的，合计覆盖率不应超过400％；其他参数采用原喷丸工艺规范中的工艺参数；

1.3.2、校形处理：

采用步骤1.3.1所确定的喷丸校形参数对校形位置进行喷丸校形处理；

1.3.3、校形效果判断：

重复步骤1.1，确认下板(1)和上板(2)悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，则继续执行步骤1.4；

1.4、改变喷丸强度的喷丸校形处理：

1.4.1、喷丸校形参数的选用原则：

1.4.2、校形处理：

1.4.3、校形效果判断：

重复步骤1.1，确认下板(1)和上板(2)悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，当设计许可喷丸介质尺寸调整时，继续执行步骤1.5；当设计不允许喷丸介质尺寸调整时，则“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形处理失败；

1.5、改变喷丸介质尺寸的喷丸校形处理：

1.5.1、喷丸介质尺寸的选用原则：

1.5.2、校形处理：

依据步骤1.4.3的测量结果，采用步骤1.5.1所确定的喷丸校形参数对校形位置进行喷丸校形处理；

1.5.3、校形效果判断：

重复步骤1.1，确认下板(1)和上板(2)悬臂端面的变形方向和变形量，若已经满足设计要求，则校形过程结束；若仍未达到设计要求，则“H”形悬臂结构喷丸后变形的校形处理失败。