CN110666701B

CN110666701B - 一种小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形方法

Info

Publication number: CN110666701B
Application number: CN201910886014.0A
Authority: CN
Inventors: 王治国; 张炜; 高国强
Original assignee: Xian Aircraft Industry Group Co Ltd
Current assignee: Xian Aircraft Industry Group Co Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110666701A

Abstract

本发明公开了一种小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形方法，通过对壁板剧烈弯折区外表面长桁底部加厚区和内表面长桁底部R区进行展向喷丸成形及对内表面长桁底部加厚区进行反向弦向成形，使壁板内外表面达到应力平衡状态且弦、展向产生协调变形从而成形出所需双凸外形。该方法提供了一种新型、有效的带筋壁板喷丸成形方法，成功化解了小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形技术风险，解决了该类壁板弦、展向协调变形困难、喷丸后外表面弦向外形呈“波浪”状和整体产生“扭曲”变形等技术难题。

Description

一种小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形方法

技术领域

本发明涉及飞机机翼壁板喷丸成形技术领域，特别是小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板的喷丸成形加工。

背景技术

喷丸成形技术是指利用高速运动弹丸流对金属表面的冲击而使金属表面产生塑性应变层，由此导致该层的显微组织发生有利变化并使表层引入残余压应力层，从而使零件产生塑性变形以获得要求外形的一种成形工艺方法。

目前，带筋壁板主要有以下几种外形：“单曲率”外形(即弦向外形具有弯曲度，展向外形为平直状)、“马鞍”外形(即弦、展向外形均具有弯曲度，且二者弯曲不同向，一般而言弦向外形弯向内表面，而展向外形弯向外表面，整体形如“马鞍”)和“双凸”外形(弦、展向外形均具有弯曲度，且二者弯曲同向，一般而言弦、展向外形均弯向内表面，整体形如“球面”)。众所周知，喷丸成形的显著特点是喷丸后产生“球面”变形，即“双凸”外形，对于“单曲率”和“马鞍”形带筋壁板，喷丸时首先对外表面进行弦向成形，其次对内表面长桁顶部或长桁立筋两侧面(必要时对长桁顶部+长桁立筋两侧面)进行展向成形，喷丸前对壁板进行预应力装夹使其产生“马鞍”外形，以减弱壁板产生“球面”变形的趋势；对于外形平缓的“双凸”形壁板，喷丸时在外表面直接进行弦、展向一次成形，即依靠喷丸成形自发产生的“球面”变形效应，在弦向成形的同时达到展向成形的目的，必要时在喷丸前对壁板进行预应力装夹，以增强或减弱壁板“球面”变形趋势，最终使壁板弦、展向外形满足要求。然而，对于一些小区域范围内剧烈弯折的“双凸”形带筋壁板，无法通过喷丸成形时产生的“球面”变形来获得所需的弦、展向外形，即使施加足够大的预应力，在弦向外形满足要求的情况下也无法得到所需展向外形。对于此类壁板，喷丸成形时必须依靠外表面材料产生大量延展来带动长桁顶部向内表面弯曲，使长桁产生压缩变形从而获得所需展向外形，这就要求成形时必须在足够大的预应力状态下采用足够大喷丸参数进行成形，以确保展向外形满足设计要求。然而喷丸参数越大，“球面”变形越剧烈，喷丸后极易出现展向曲率满足要求而弦向曲率远远超出要求的情况；若要使得弦向曲率满足要求，则展向曲率将大大低于数模要求，导致壁板弦、展向难以协调变形，给后续校形带来极大难度和风险，甚至无法校正。同时，展向喷丸成形带来的显著“球面”变形会使展向成形区域与相邻区域弦向外形不连续、不光顺，即展向成形区域的弦向曲率远大于相邻区域，使得壁板外表面弦向外形呈“波浪”状，不满足飞机机翼壁板气动外形要求。此外，该类壁板喷丸成形时由于需要施加足够大的预应力和外表面材料产生足够大的延展量，这就使得喷丸后壁板内外表面材料延展和应力分布难以达到平衡状态，整体外形状态极易失稳，产生“扭曲”变形。因此，亟需采用一种新型、有效的喷丸成形方法，以化解这种小区域范围内剧烈弯折的双凸形带筋壁板喷丸成形风险，解决其弦、展向协调变形困难、喷丸后外表面弦向外形呈“波浪”状和产生“扭曲”变形等技术难题，以填补小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形技术空白。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种新型、有效的喷丸成形方法，以解决小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形技术难题，成功加工出满足数模要求的壁板产品。

一种小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形方法，通过对壁板剧烈弯折区外表面长桁底部加厚区和内表面长桁底部R区进行展向喷丸成形及对内表面长桁底部加厚区进行反向弦向成形，使壁板内外表面达到应力平衡状态且弦、展向产生协调变形从而成形出所需双凸外形，该方法主要包括以下步骤：

步骤1喷丸前对壁板进行保护；

对壁板外表面长桁底部加厚区之间腹板进行保护，留出外表面长桁底部加厚区进行喷丸，保护区域应包含腹板与加厚区过渡R区，确保喷丸时过渡R区不被喷到。

对壁板内表面长桁底部加厚区之间腹板、长桁顶部及长桁立筋两侧面进行保护，留出长桁底部R区和加厚区进行喷丸，保护腹板时保护区域应包含腹板与加厚区过渡R区及棱边，确保喷丸时过渡R区和棱边不被喷到。

保护区域至非保护区域界限公差按0－3mm控制。

步骤2预应力装夹；

预应力装夹为对壁板弯折区进行预弯，预弯量按材料屈服强度的80％计算，保证壁板发生弹性变形，预弯量按如下确定：

h＝b²/8R(h为预弯量；b为测量跨距；R为最小弯曲半径)

R＝tE/2σ(t为材料厚度；E为弹性模量；σ为屈服强度，按80％计算；R为最小弯曲半径)。

步骤3壁板外表面喷丸成形；

外表面喷丸成形包括外表面展向喷丸成形和外表面弦向喷丸成形。外表面展向喷丸成形中喷丸区域为剧烈弯折区外表面长桁底部加厚区，通过喷丸，壁板外表面长桁底部加厚区材料产生大量延展，使长桁顶部向内表面压缩弯曲变形从而带动壁板产生双凸外形，即成形壁板展向外形；外表面弦向喷丸成形中，先去除壁板外表面所有保护，对外表面长桁底部加厚区之间腹板进行弦向喷丸成形，通过该步喷丸，可成形出壁板长桁底部加厚区之间腹板区弦向外形，使壁板整体具有弦向外形。

步骤4壁板内表面喷丸成形。

内表面喷丸成形包括内表面展向喷丸成形和内表面弦向喷丸成形。内表面展向喷丸成形时调整喷嘴与水平方向呈45°，对内表面长桁底部R区进行喷丸成形，通过喷丸，壁板内表面长桁底部材料将产生延展，使长桁顶部压缩变形向内表面弯曲，并带动腹板使壁板产生双凸变形，即进一步成形展向外形；内表面弦向喷丸成形为对壁板内表面长桁底部加厚区进行喷丸成形，使长桁底部加厚区弦向外形产生反向变形，消除外表面长桁底部加厚区展向喷丸成形时产生的过度弦向变形，使壁板整体弦向外形圆滑、光顺，即波纹度满足设计要求，同时弦、展向发生协调变形，保证弦、展向外形同时满足设计要求。

本发明的有益效果在于：提供了一种新型、有效的带筋壁板喷丸成形方法，首次采用弯折区外表面长桁底部加厚区+内表面长桁底部R区进行双重展向喷丸成形的方法，使其成形出壁板展向外形；同时，在壁板内表面长桁底部加厚区进行弦向成形，使其产生反向弦向变形，以抵消长桁底部加厚区展向成形时产生的过度弦向变形，确保外表面弦向外形圆滑、光顺，波纹度符合设计要求，且弦、展向协调变形；此外，通过上述中在壁板内表面长桁底部R区和加厚区进行喷丸成形，使壁板内外表面达到应力平衡状态，从而避免喷丸后产生“扭曲”变形。

附图说明

图1壁板剧烈弯折区示意图

图2壁板外表面保护示意图

图3壁板内表面保护示意图

图4壁板预应力装夹示意图

图5壁板外表面长桁底部加厚区喷丸成形示意图

图6壁板外表面长桁底部加厚区之间腹板喷丸成形示意图

图7壁板内表面长桁底部R区喷丸成形示意图

图8壁板内表面长桁底部加厚区喷丸成形示意图

图中编号说明：1、剧烈弯折区；2、外表面长桁底部加厚区之间腹板；3、外表面长桁底部加厚区；4、内表面长桁底部加厚区之间腹板；5、长桁顶部及长桁立筋两侧面；6、内表面长桁底部R区；7、内表面长桁底部加厚区；8、预应力夹具；9、有效预弯范围；10、喷嘴；11、弹丸流。

具体实施方式

以下以某飞机小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板典型区域喷丸成形为例，说明本发明的具体实施方式：

如图1所示，该壁板中间小范围区域为剧烈弯折区1，展向曲率半径最小约15m，弦向曲率半径最小约3m，且弦、展向均弯向内表面，为典型的小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板，对该类壁板喷丸成形加工时的具体步骤如下：

1、如图2－3所示，喷丸前首先对外表面长桁底部加厚区之间腹板2进行保护，留出外表面长桁底部加厚区3进行喷丸成形；其次对内表面长桁底部加厚区之间腹板4和长桁顶部及长桁立筋两侧面5进行保护，留出内表面长桁底部R区6和内表面长桁底部加厚区7进行喷丸成形。

注：外表面腹板保护区域包含腹板与加厚区过渡R区，内表面腹板保护区域包含腹板与加厚区过渡R区及棱边，且保护区与非保护区的界限公差为0～3mm(即允许多保护，切不可少保护，避免过渡区和棱边被弹丸喷到)。

2、如图4所示，通过预应力夹具8进行预应力装夹，使壁板剧烈弯折区1位于有效预弯范围9内，并对弯折区进行预弯，预弯量按壁板材料屈服强度的80％计算，具体如下：

h＝b²/8R(h为预弯量；b为测量跨距；R为最小弯曲半径)

3、如图5所示，对壁板剧烈弯折区1范围内外表面长桁底部加厚区3进行展向喷丸成形，目的是让外表面长桁底部加厚区3产生足够的材料延展，使长桁顶部向内表面压缩弯曲变形从而带动壁板产生双凸外形，即成形壁板展向外形。

4、如图6所示，去除壁板外表面所有保护，对外表面长桁底部加厚区之间腹板2进行弦向喷丸，目的是成形出壁板长桁底部加厚区之间腹板2的弦向外形，使壁板整体具有弦向外形。同时，弦向成形时产生的“球面”变形也有利于展向外形的进一步形成。

5、如图7所示，调整喷嘴10角度，使弹丸流11与水平方向呈45°，对壁板内表面长桁底部R区6进行喷丸成形，目的是让长桁底部材料产生延展，压缩长桁顶部向内表面弯曲变形，从而带动腹板使壁板产生双凸变形，即进一步成形壁板展向外形。

6、如图8所示，对壁板内表面长桁底部加厚区7进行喷丸成形，目的是让长桁底部加厚区7产生反向弦向变形，以消除外表面长桁底部加厚区3展向喷丸成形时产生的过度弦向变形，使壁板整体弦向外形圆滑、光顺，即波纹度满足设计要求，且弦、展向协调变形，保证弦、展向外形同时满足设计要求。同时，该步骤与步骤5中喷丸可使壁板内表面材料发生塑性变形且在表层形成残余压应力，与外表面材料达到应力平衡状态，从而避免喷丸后整体产生“扭曲”变形。

通过以上步骤的实施，有效解决了小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形时弦、展向协调变形困难、喷丸后外表面弦向外形呈“波浪”状及整体产生“扭曲”变形等技术难题，实现了带筋壁板喷丸成形技术突破，填补了带筋壁板除“单曲率”和“马鞍”外形之外的剧烈双凸形壁板喷丸成形技术空白，在保证新型号飞机研制成功的同时，也为今后具有类似结构壁板的成形加工提供了充足的技术储备。

Claims

1.一种小区域剧烈弯折双凸形带筋壁板喷丸成形方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1喷丸前对壁板进行保护包括对壁板外表面长桁底部加厚区之间腹板进行保护，留出外表面长桁底部加厚区进行喷丸，保护区域应包含腹板与加厚区过渡R区，确保喷丸时过渡R区不被喷到，还包括对壁板内表面长桁底部加厚区之间腹板、长桁顶部及长桁立筋两侧面进行保护，留出长桁底部R区和加厚区进行喷丸，保护腹板时保护区域应包含腹板与加厚区过渡R区及棱边，确保喷丸时过渡R区和棱边不被喷到，保护区域至非保护区域界限公差按0－3mm控制；

步骤2对壁板进行预应力装夹，预弯量按材料屈服强度的80％计算，保证壁板发生弹性变形，预弯量按如下确定：

h＝b²/8R；h为预弯量；b为测量跨距；R为最小弯曲半径；

R＝tE/2σ；t为材料厚度；E为弹性模量；σ为屈服强度，按80％计算；R为最小弯曲半径；

步骤3壁板外表面喷丸成形：包括外表面展向喷丸成形和外表面弦项喷丸成形，外表面展向喷丸成形中喷丸区域为剧烈弯折区外表面长桁底部加厚区，通过喷丸，壁板外表面长桁底部加厚区材料产生大量延展，使长桁顶部向内表面压缩弯曲变形从而带动壁板产生双凸外形，即成形壁板展向外形；外表面弦项喷丸成形中，先去除壁板外表面所有保护，对外表面长桁底部加厚区之间腹板进行弦向喷丸成形，通过该步喷丸，可成形出壁板长桁底部加厚区之间腹板区弦向外形，使壁板整体具有弦向外形；

步骤4壁板内表面喷丸成形：包括内表面展向喷丸成形和内表面弦向喷丸成形，内表面展向喷丸成形时调整喷嘴与水平方向呈45°，对内表面长桁底部R区进行喷丸成形，通过喷丸，壁板内表面长桁底部材料将产生延展，使长桁顶部压缩变形向内表面弯曲，并带动腹板使壁板产生双凸变形，即进一步成形展向外形；内表面弦向喷丸成形为对壁板内表面长桁底部加厚区进行喷丸成形，使长桁底部加厚区弦向外形产生反向变形，消除外表面长桁底部加厚区展向喷丸成形时产生的过度弦向变形，使壁板整体弦向外形圆滑、光顺，即波纹度满足设计要求，同时弦、展向发生协调变形，保证弦、展向外形同时满足设计要求。