CN111112395B - 用于获取双曲率壁板的预弯工装及喷丸成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于获取双曲率壁板的预弯工装及喷丸成形工艺，该预弯工装包括工装框架，用于支撑壁板，所述两个侧面为壁板的正面和背面；施压组件，设于工装框架上，用于向壁板的正面和背面的不同位置分别施加压力以使壁板呈预弯状态，施压组件包括设于工装框架上且分别位于待预弯的壁板的两个侧面的第一支臂组件和第二支臂组件，第一支臂组件向壁板的正面上的上下两端施加靠近第二支臂组件方向运动的压力，第二支臂组件向壁板的背面的中部位置施加靠近第一组件方向运动的压力，通过将壁板保持一个预弯状态，且对壁板的正面(即喷丸区域)无遮挡，可以通过一次预弯实现壁板的喷丸成形，提升壁板喷丸成形质量及生产加工效率。

Description

用于获取双曲率壁板的预弯工装及喷丸成形工艺

技术领域

本发明涉及金属钣金成形技术领域，特别是涉及一种用于获取双曲率壁板的预弯工装及喷丸成形工艺。

背景技术

喷丸成形技术是利用高速弹丸流撞击金属板材的表面，使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸，从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法。该技术始于二十世纪五十年代初期，并随着飞机整体壁板零件的广泛应用而逐步发展起来。由于此种成形方式在成形过程中无需专用模具和压力机，成形方法灵活多样，非常适合于小批量生产，因此被大量应用于飞机的机翼、机身以及运载火箭燃料箱等的整体壁板成形中。当前喷丸成形已成为现代飞机，特别是大型飞机整体壁板成形的一种主要方法。

随着喷丸成形的技术发展，预应力喷丸成形逐步得到推广，预应力喷丸成形是指在喷丸成形前，借助预应力夹具预先在零件板坯上施加载荷，形成弹性应变，然后再对其进行成形的一种喷丸成形方法。在相同喷丸强度和覆盖率条件下，预应力喷丸的成形极限是自由喷丸的2～3倍，同时预应力喷丸还可有效控制沿喷丸路线方向的附加弯曲变形，该技术可以解决复杂外型曲率零件的喷丸成形需求，从而进一步推动了喷丸成形技术的发展。

喷丸成形工艺过程中，预应力的实施方式影响着零件变形精度。针对复杂的扭转外形壁板，必须使用预应力来实现双曲率的弹性预弯，进而满足喷丸成形需要。现有复杂曲率零件的预应力喷丸成形方法中存在以下几点不足；

(1)现有的预弯工装对复杂的扭转外形壁板的受喷一面有部分遮挡，造成该区域无法喷丸，只能将预应力卸载后再调整工装位置重新施加，对遮挡部分进行补喷，才能满足零件变形精度要求。分阶段施加预应力不仅大大增加了加工周期，还造成了零件变形精度一致性差等问题。

(2)在现有复杂曲率零件的预应力喷丸成形方法中，施加预弯后的壁板发生双方向弹性变形并弯曲，但预弯型面无法得到精确控制，造成批量零件加工时预弯状态不一致，影响零件外形精度的一致性，并严重影响产品质量稳定性及生产效率。

发明内容

本发明提供一种针对复杂外形零件的预应力喷丸成形方法，该方法基于一种可以利用可调卡板控制预弯型面的工装，可保证预弯对喷丸区域无遮挡，通过一次预弯实现零件喷丸成形，大幅提升零件喷丸成形精度一致性及生产加工效率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，用于在所述壁板的两个侧面上的不同位置分别施加压力，使得所述壁板呈预弯状态，其特征在于，所述预弯工装包括工装框架，用于支撑所述壁板，所述两个侧面为所述壁板的正面和背面；施压组件，设于所述工装框架上，用于向所述壁板的正面和背面的不同位置分别施加压力以使所述壁板呈预弯状态，所述施压组件包括设于所述工装框架上且分别位于待预弯的所述壁板的两个侧面的第一支臂组件和第二支臂组件，所述第一支臂组件向所述壁板的正面上的上下两端施加靠近第二支臂组件方向运动的压力，所述第二支臂组件向所述壁板的背面的中部位置施加靠近第一组件方向运动的压力；

优选地，所述工装框架上还设有多个可拆卸连接的卡板，各所述卡板位于待预弯的所述壁板的正面的同一侧，且沿着待预弯的所述壁板的正面的长度方向依次布置，各所述卡板上靠近待预弯的所述壁板的一端均设有轮廓面，用于贴合受外力弯曲后的待预弯的所述壁板的正面；

优选地，所述第一支臂组件包括设于所述工装框架上的多个第一上支臂和设于所述第一上支臂下方的多个第一下支臂，各所述第一上支臂上均设有用于下压所述壁板的正面的第一上档条，各所述第一下支臂上均设有用于下压所述壁板的正面的第一下档条；

优选地，所述第二支臂组件包括设于所述工装框架上的多个第二支臂，各所述第二支臂上均设有用于下压所述壁板的背面的顶条；

优选地，各所述第一上支臂与各所述第一下支臂上均设有调节螺钉，所述调节螺钉与所述第一上支臂或第一下支臂螺纹连接，且所述调节螺钉上靠近所述壁板的正面的一端与所述第一上挡条或所述第一下挡条固定连接；

优选地，各所述第二支臂上设有滑槽以及滑设于所述滑槽内的滑块，所述滑块上穿设有与其螺纹连接的调节螺杆，调节螺杆上靠近所述壁板的背面的一端与顶条固定连接；

优选地，所述工装框架包括上横梁、下横梁、第一纵梁以及第二纵梁，所述上横梁的两端分别与所述第一纵梁以及所述第二纵梁的一端连接，所述下横梁的两端分别与所述第一纵梁以及所述第二纵梁的另一端连接，所述上横梁与所述下横梁平行设置，所述上横梁、第一纵梁、下横梁以及第二纵梁首尾依次拼接或一体成型于所述工装框架；

优选地，所述上横梁上设有所述第一上支臂，所述下横梁上设有所述第一下支臂以及所述第二支臂，所述上横梁和下横梁上均设有用于多个分别安装所述第一上支臂、所述第一下支臂以及所述第二支臂的安装孔；

优选地，各所述卡板的两端分别与所述上横梁以及所述下横梁连接，所述相邻的一对所述第一上支臂与所述第一下支臂之间设有一个所述卡板；

本发明还提供一种用于获取双曲率壁板的喷丸成形工艺，包括

步骤一：将所述壁板安装于所述工装框架内，将第一支臂组件和第二支臂组件分别向所述壁板的正面与背面施加压力，从而使得所述壁板呈预弯状态；

步骤二：利用三维图形软件，根据待获取的目标双曲率壁板的外形曲面的极值曲率分布来设计喷丸路径并编制不同喷丸区域的喷丸成形参数；

步骤三：于数控喷丸机上依据步骤二中所编制的喷丸成形参数编制数控喷丸程序；

步骤四：开启数控喷丸机对所述壁板进行喷丸，直至成形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

第一、利用预弯工装对待预弯的壁板的正面与背面分别施加作用力，将壁板保持一个预弯状态，且该预弯工装对壁板的正面(即喷丸区域)无遮挡，可以通过一次预弯实现壁板的喷丸成形，解决了现有技术中由于预弯工装的结构设计会遮挡壁板而需要多次补喷丸，大幅提升壁板喷丸成形质量及生产加工效率。

第二、利用多个卡板的轮廓面可以作为壁板的预弯型面控制基准，提升壁板的预弯的精度及一致性，提高批产壁板的工艺稳定性与质量，且通过更换卡板的轮廓面可以满足多种壁板的预弯型面的成型，具有较好的适应性。

第三、通过该预弯工装可以不占用喷丸设备进行预应力施加，预弯结束后再安装到设备上，大幅降低了占用机床的时间，提高设备利用率，从而提升生产效益。

第四、上支臂与下支臂可以在工装框架上的多个安装孔内根据目标双曲率壁板的预弯要求可以随意安装以便对壁板正面以及背面上的目标施压位置进行加压预弯，具有较强的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的预弯工装的结构示意图。

图2是本发明的预弯工装的另一结构示意图。

图3是图2的局部结构示意图。

图4是图1去掉工装框架后的结构示意图。

1、工装框架；2、卡板；3、第一上支臂；4、第一下支臂；5、第一上档条；6、第一下档条；7、第二支臂；8、顶条；10、壁板；11、上横梁；12、下横梁；13、第一纵梁；14、第一纵梁；20、调节螺钉；21、调节螺杆；30、安装孔；71、滑槽；100、正面；110、背面。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1和图2本发明的具体实施例，本发明提供一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，用于在壁板10的两个侧面上的不同位置分别施加压力，使得壁板10呈预弯状态，该弯工装包括工装框架1，用于支撑壁板10，两个侧面为壁板10的正面100和背面110，工装框架1上设有施压组件，用于向壁板10的正面100和背面110的不同位置分别施加压力以使壁板10呈预弯状态，施压组件包括设于工装框架1上且分别位于待预弯的壁板10的两个侧面的第一支臂组件和第二支臂组件，第一支臂组件向壁板10的正面100上的上下两端施加靠近第二支臂组件方向运动的压力，第二支臂组件向壁板10的背面110的中部位置施加靠近第一组件方向运动的压力。利用预弯工装对待预弯的壁板的正面与背面分别施加作用力，将壁板保持一个预弯状态，且由于将第一支臂组件对壁板的正面施加压力的位置是在正面的上下两端，因而该预弯工装对壁板的正面(即喷丸区域)无遮挡，可以通过一次预弯实现壁板的喷丸成形，解决了现有技术中由于预弯工装的结构设计会遮挡壁板而需要多次补喷丸，大幅提升壁板喷丸成形质量及生产加工效率。

如图1和图4所示，工装框架1上还设有多个可拆卸连接的卡板2，各卡板2位于待预弯的壁板10的正面100的同一侧，且沿着待预弯的壁板10的正面100的长度方向均匀间隔布置，各卡板2上靠近待预弯的壁板10的一端均设有轮廓面，且各轮廓面的形状是基于待预弯的壁板10的正面100的预弯形状来选择的，该卡板2的轮廓面用于贴合受外力弯曲后的待预弯的壁板10的正面100。利用多个卡板的轮廓面依次沿壁板的长度方向排布，用以形成壁板的预弯型面控制基准面，提升壁板的预弯的精度及一致性，提高批产壁板的工艺稳定性与质量，且通过更换卡板的轮廓面可以满足多种壁板的预弯型面的成型，具有较好的适应性。这里需要说明的是壁板的长度方向指的如图1中平行于上横梁或下横梁所在的轴线方向。

如图1所示，第一支臂组件包括设于工装框架1上的多个第一上支臂3和设于第一上支臂3下方的多个第一下支臂4，各第一上支臂3上均设有用于下压壁板10的正面100的第一上档条5，各第一下支臂4上均设有用于下压壁板10的正面100的第一下档条6，第一上支臂3与第一下支臂4数量相同。该第一上挡条5以及第一下档条6在该壁板10的正面100的投影平行于上横梁或下横梁(下文详述)所在的轴线方向或垂直于第一纵梁或第二纵梁(下文详述)的轴线方向，使得第一上挡条5以及第一下档条6在壁板10的正面100上的压力可以更加均匀的施加到上下两端，增大壁板在后续成形过程中的弯曲曲率更大。这里需要说明的是，第一上支臂3与第一下支臂4的数量是基于待预弯的壁板10上的目标成型曲率以及不同结构的壁板来选择的。

如图2所示，第二支臂组件包括设于工装框架1上的多个第二支臂7，各第二支臂7上均设有用于下压壁板10的背面110的顶条8，第二支臂7与第一上支臂3以及第一下支臂4数量相同。该顶条8在该壁板10的背面110的投影平行于上横梁或下横梁(下文详述)所在的轴线方向或垂直于第一纵梁或第二纵梁(下文详述)的轴线方向，且该该顶条8在该壁板10的背面110的投影与该第一上挡条5以及第一下档条6在该壁板10的正面100的投影相互平行，使得顶条8施加在该壁板10的背面110的压力均集中在背面的中部，配合第一上挡条5以及第一下档条6在壁板10的正面100上的压力将壁板呈预弯状态夹紧于所述工装框架1内，为保障壁板的成型提供预应力。

如图1所示，各第一上支臂3与各第一下支臂4上均设有调节螺钉20，调节螺钉20与第一上支臂3或第一下支臂4螺纹连接，且调节螺钉20上靠近壁板10的正面100的一端与第一上挡条5或第一下挡条6固定连接。通过调节螺钉与第一上支臂以及第一下支臂螺纹连接，可调节第一上支臂以及第一下支臂与壁板的正面之间的距离来适应不同厚度的壁板，同时也能调节第一上支臂以及第一下支臂对壁板正面所施加的压力大小。

如图3所示，各第二支臂7上设有滑槽71以及滑设于滑槽71内的滑块(图中未示出)，滑块上穿设有与其螺纹连接的调节螺杆21，调节螺杆21上靠近壁板10的背面110的一端与顶条8固定连接。通过调节螺杆与第二支臂螺纹连接，可调节第一上支臂以及第一下支臂与壁板的正面之间的距离来适应不同厚度的壁板，同时也能调节第一上支臂以及第一下支臂对壁板正面所施加的压力大小，通过调节螺杆带动滑块在滑槽内上下移动，可以调节顶条到下横梁(下文详述)的距离，从而可以适应更多规格的曲率壁板的成型需求。这里需要说明的是滑块的上下移动方向即为垂直于上横梁或下横梁(下文详述)所在的轴线方向或平行于第一纵梁或第二纵梁(下文详述)的轴线方向。

如图1所示，工装框架1包括上横梁11、下横梁12、第一纵梁13以及第二纵梁14，上横梁11的两端分别与第一纵梁13以及第一纵梁14的一端连接，下横梁12的两端分别与第一纵梁13以及第二纵梁14的另一端连接，上横梁11与下横梁12平行设置，上横梁11、第一纵梁13、下横梁12以及第二纵梁14首尾依次拼接或一体成型于该工装框架1。将工装框架1成形于一矩形框架结构，可方便与待加工的数控喷丸机安装和拆卸。

如图3所示，上横梁11上设有第一上支臂3，下横梁12上设有所述第一下支臂4以及第二支臂7，上横梁11和下横梁12上均设有用于多个分别安装第一上支臂3、第一下支臂4、第二支臂7以及卡板2的安装孔30。通过设置多个安装孔，可根据成形需要来调节第一上支臂3、第一下支臂4、第二支臂7以及卡板2的安装位置，从而满足多种壁板的预弯型面的成型，具有较好的适应性。

如图4所示，各卡板2的两端分别与上横梁11以及下横梁12连接，相邻的一对第一上支臂3与第一下支臂4之间设有一个卡板2。通过在相邻的一对第一上支臂与第一下支臂之间安装一个卡板，保证卡板均匀分布，便于壁板的弯曲曲率的成型。这里说明的是，卡板在上下横梁之间的分布是基于待预弯的壁板10上的预弯目标曲率以及不同结构的壁板来选择的。

本发明还提供一种用于获取双曲率壁板的成形工艺，采用上述的一种用于获取双曲率壁板的预弯工装来获取双曲率壁板，具体步骤如下：

步骤一：将所述壁板安装于所述工装框架内，将第一支臂组件和第二支臂组件分别向壁板的正面与背面施加压力，从而使得壁板呈预弯状态；具体操作为通过旋出调节螺钉以及调节螺杆将壁板安装至工装框架内，然后分别将第一上档条、第一下档条以及顶条调节至合适位置后，再旋进调节螺钉以及调节螺杆分别对壁板的正面与背面进行挤压直至该壁板的正面发生弯曲与安装在工装框架的卡板上的轮廓面接触；

步骤二：利用三维图形软件，根据待获取的目标双曲率壁板的外形曲面的极值曲率分布来设计喷丸路径并编制不同喷丸区域的喷丸成形参数；具体操作为将待获取的双曲率的壁板的外型曲面的极值曲率分布设计多条喷丸路径，且在每条路径上编制不同喷丸区域(将沿壁板的长度方向将壁板的正面进行区域划分)的喷丸成形参数，包括喷丸气压、弹流量以及喷射距离等；

步骤三：于数控喷丸机上依据步骤二中所编制的喷丸成形参数编制数控喷丸程序；

步骤四：开启数控喷丸机对所述壁板的正面进行喷丸，直至成形。

利用预弯工装对待预弯的壁板的正面与背面分别施加作用力，由于壁板的正面(即喷丸区域)无遮挡，可以通过一次预弯实现壁板的喷丸成形，解决了现有技术中由于预弯工装的结构设计会遮挡壁板而需要多次补喷丸，大幅提升壁板喷丸成形质量及生产加工效率，利用三维图形软件分析并确定壁板的预弯型面或弯曲曲率，提高批产壁板的工艺稳定性与质量。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，用于在所述壁板(10)的两个侧面上的不同位置分别施加压力，使得所述壁板(10)呈预弯状态，其特征在于，所述预弯工装包括工装框架(1)，用于支撑所述壁板(10)，所述两个侧面为所述壁板(10)的正面(100)和背面(110)；

施压组件，设于所述工装框架(1)上，用于向所述壁板(10)的正面(100)和背面(110)的不同位置分别施加压力以使所述壁板(10)呈预弯状态，所述施压组件包括设于所述工装框架(1)上且分别位于待预弯的所述壁板(10)的两个侧面的第一支臂组件和第二支臂组件，所述第一支臂组件向所述壁板(10)的正面(100)上的上下两端施加靠近第二支臂组件方向运动的压力，所述第二支臂组件向所述壁板(10)的背面(110)的中部位置施加靠近第一组件方向运动的压力，所述工装框架(1)上还设有多个可拆卸连接的卡板(2)，各所述卡板(2)位于待预弯的所述壁板(10)的正面(100)的同一侧，且沿着待预弯的所述壁板(10)的正面(100)的长度方向依次布置，各所述卡板(2)上靠近待预弯的所述壁板(10)的一端均设有轮廓面，用于贴合受外力弯曲后的待预弯的所述壁板(10)的正面(100)，所述第一支臂组件包括设于所述工装框架(1)上的多个第一上支臂(3)和设于所述第一上支臂(3)下方的多个第一下支臂(4)，各所述第一上支臂(3)上均设有用于下压所述壁板(10)的正面(100)的第一上档条(5)，各所述第一下支臂(4)上均设有用于下压所述壁板(10)的正面(100)的第一下档条(6)，所述第二支臂组件包括设于所述工装框架(1)上的多个第二支臂(7)，各所述第二支臂(7)上均设有用于下压所述壁板(10)的背面(110)的顶条(8)，各所述第一上支臂(3)与各所述第一下支臂(4)上均设有调节螺钉(20)，所述调节螺钉(20)与所述第一上支臂(3)或第一下支臂(4)螺纹连接，且所述调节螺钉(20)上靠近所述壁板(10)的正面(100)的一端与所述第一上挡条(5)或所述第一下挡条(6)固定连接，各所述第二支臂(7)上设有滑槽(71)以及滑设于所述滑槽(71)内的滑块，所述滑块上穿设有与其螺纹连接的调节螺杆(21)，调节螺杆(21)上靠近所述壁板(10)的背面(110)的一端与顶条(8)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，其特征在于：所述工装框架(1)包括上横梁(11)、下横梁(12)、第一纵梁(13)以及第二纵梁(14)，所述上横梁(11)的两端分别与所述第一纵梁(13)以及所述第一纵梁(14)的一端连接，所述下横梁(12)的两端分别与所述第一纵梁(13)以及所述第二纵梁(14)的另一端连接，所述上横梁(11)与所述下横梁(12)平行设置，所述上横梁(11)、第一纵梁(13)、下横梁(12)以及第二纵梁(14)首尾依次拼接或一体成型于所述工装框架(1)。

3.根据权利要求2所述的一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，其特征在于：所述上横梁(11)上设有所述第一上支臂(3)，所述下横梁(12)上设有所述第一下支臂(4)以及所述第二支臂(7)，所述上横梁(11)和下横梁(12)上均设有用于多个分别安装所述第一上支臂(3)、所述第一下支臂(4)、所述第二支臂(7)以及所述卡板(2)的安装孔(30)。

4.根据权利要求3所述的一种用于获取双曲率壁板的预弯工装，其特征在于：各所述卡板(2)的两端分别与所述上横梁(11)以及所述下横梁(12)连接，所述相邻的一对所述第一上支臂(3)与所述第一下支臂(4)之间设有一个所述卡板(2)。

5.一种用于获取双曲率壁板的喷丸成形工艺，其特征在于：采用根据权利要求1所述的一种用于获取双曲率壁板的预弯工装来获取双曲率壁板，

步骤一：将所述壁板安装于所述工装框架内，将第一支臂组件和第二支臂组件分别向所述壁板的正面与背面施加压力，从而使得所述壁板呈预弯状态；

步骤二：利用三维图形软件，根据待获取的目标双曲率壁板的外形曲面的极值曲率分布来设计喷丸路径并编制不同喷丸区域的喷丸成形参数；

步骤三：于数控喷丸机上依据步骤二中所编制的喷丸成形参数编制数控喷丸程序；

步骤四：开启数控喷丸机对所述壁板的正面进行喷丸，直至成形。

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