CN111434418A - 用于生产蠕变时效成形的飞机构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产蠕变时效成形的飞机构件的方法。通过蠕变时效成形(CAF)工艺来生产飞机构件，其中，首先使平坦板经受CAF工艺以产生弯曲的产品预成型件，该预成型件然后被机加工以从其去除材料，以便产生最终的飞机构件。

Description

用于生产蠕变时效成形的飞机构件的方法
技术领域
在本文中公开的实施例总体上涉及用于生产飞机构件的工艺。更 具体地，在本文中公开的实施例涉及一种方法，该方法用于生产蠕变 时效成形的复杂且弯曲的飞机构件，例如，用于机翼和机身结构的一 体地加强的蒙皮面板。
背景技术
在飞机的制造中使用的很多构件具有由带有不同半径的各种曲率 和厚度的表面组成的复杂的形状，特别是包括有一体加强件和其它一 体结构部件的蒙皮面板。为了生产这种复杂形状的构件，航空和航天 工业已经采用了蠕变时效成形(CAF)的技术，其中，平坦面板被机加 工以便提供一体结构部件并且此后被约束在成形工具中。然后，成形 工具和机加工的板被放置在高压釜中，并在规定的时间段内经受高温 和高压条件，以缓解机加工面板中的感生应力。在从成形工具的约束 释放时，现在蠕变时效成形的构件将弹回到在成形工具的形状和机加 工面板的平坦的原始形状之间的某处的形状。
因此，必须以这样的方式设计成形工具，使得一旦时效成形工艺 完成并且构件被释放，构件就会弹回到与构件预期的最终形状相同的 形状。因此，由于取决于材料的类型和厚度、在构件上的不同点处的 曲率半径和由于构件本身的相邻位置的曲率引起的影响，机加工的平 坦面板将具有不同的回弹特性的事实，在CAF工艺中使用的成形工具 非常难以设计。由于这些原因，在本领域中已经提出了各种建议，以 便解决CAF技术中与回弹有关的这种问题，如在美国专利第5,168,169 号、第5,341,303号和第5,729,462号中公开的那样(每篇这种专利的 全部内容通过引用被明确地结合于本文中)。
尽管以上描述的传统CAF技术对于一些飞机构件而言是令人满意 的，但是其它构件必须通过诸如机加工和/或修整的不同的制造技术来 制成。例如，已知对于在构件边缘处或其附近具有低弯曲刚度、相对 薄的加强件、表面垫片和/凹部、大开口(例如机身蒙皮窗口)和大曲 率半径的构件都难以(如果不是实际上不可能的)使用传统CAF技术 生产。
因此，如果能够开发解决以上指出的困难以由此允许通过这种技 术生产更多种类的飞机构件的CAF工艺，则将是理想的。在本文中公 开的实施例旨在满足这种需要。
发明内容
在本文中公开的实施例广泛地涉及使平坦板经受CAF工艺以生产 弯曲的产品预成型件，并且此后机加工该弯曲的产品预成型件以从其 去除材料以便生产最终的飞机构件。更具体地，在本文中公开的实施 例包括以下的顺序的步骤：
(a)提供平坦板；
(b)将平坦板放置在限定弯曲表面的成形工具上，该弯曲表面近 似于飞机构件的最终弯曲形状；
(c)使成形工具上的平坦板在高压釜中经受蠕变时效成形，以产 生其弯曲的构件预成型件；并且此后
(d)机加工所述弯曲的构件预成型件以形成所述一体特征，并且 由此产生飞机构件。
根据某些实施例，可以使平坦板在足以允许平坦板呈现飞机构件 的近似最终弯曲形状的时间上经受高压釜条件。
平坦板是用于该工艺的起始原材料，平坦板将会优选地具有与飞 机构件相同的周向尺寸和至少等于飞机构件的最厚部分的厚度尺寸。 平坦板可以例如具有基本上恒定的厚度。因此，实施了对这种平坦板 的机加工，以便铣削弯曲的构件预成型件，并且由此去除其材料，从 而形成飞机构件的一体特征，例如，加强件、垫片、凹部和开口。
在仔细考虑其优选示例性实施例的以下详细描述之后，本发明的 这些和其它方面以及优点将变得更加清楚。
附图说明
通过结合附图参考示例性非限制示意性实施例的以下详细描述， 将更好地并且更完全地理解本发明公开的实施例：
图1以透视图概略地描绘了一种飞机，该飞机可以包括有通过在 本文中公开的实施例的CAF工艺生产的最终构件部分；
图2是带有一体加强件的飞机机翼蒙皮形式的最终构件部分的放 大视图，该最终构件部分是在图1中描绘的飞机的一部分；并且
图3A至图3E概略地描绘了根据本发明的用于生产蠕变时效成形 的构件的工艺步骤。
具体实施方式
飞机AC在图1中被描绘为具有机身结构F和相应的左舷和右舷 机翼结构Wp、Ws。机身结构F和机翼结构Wp、Ws中的每一个可以 由具有一体加强件的复杂的弯曲蒙皮构件形成。例如，图2描绘了具 有外蒙皮10a和一体加强件10b的左舷机翼结构Wp的放大的示例性最 终构件蒙皮面板10。当然，将理解的是，为了提供视觉清晰度，与最 终蒙皮面板构件10在图1中所示的在飞机AC的左舷机翼结构Wp上 的位置相比，图2中的最终蒙皮面板构件10的描绘被倒置。
根据本发明的实施例的用于生产示例性最终机翼蒙皮面板构件10 的工艺开始于提供如在图3A中描绘的由金属合金(例如铝合金)形成 的平坦板20。平坦板20将被设计并被构造为具有与最终成形构件10 相同的周向尺寸和至少等于在最终成形构件10中的任何位置处所存在 的最大厚度尺寸的厚度尺寸。
平坦板20被放置在成形工具22(图3B)中，该成形工具22具有 成形表面22a，该成形表面22a被设计并构造为在还允许回弹的同时将 最终成形构件10将会要求的必要曲率赋予板20。然后，平坦板20和 成形工具22可以被放置在高压釜24内(图3C)，并在足以蠕变时效 成形板20的时间上经受高温和高压。如传统那样，可以采用真空袋(未 示出)来包封平坦板20，以帮助用成形工具22在高压釜24内形成板 20。
图3D描绘了在板被从高压釜24移除后并且在回弹之后的蠕变时 效成形后的板(现在称为弯曲板预成型件30)。因此，如在图3D中 描绘的那样，弯曲板预成型件30将具有最终构件10的相同的周向尺 寸以及最终构件10的相同的曲率形状。然而，板预成型件30将不具 有最终构件10的相同构造，它不具有一体蒙皮10a和一体加强件10b。 因此，弯曲板预成型件30将通过合适的铣床32经受如图3E中所示的 机加工操作，以分别地形成一体的蒙皮构件和加强构件10a、10b。
与传统的CAF工艺相比，上述的CAF工艺具有若干优点。例如， 在蠕变时效成形期间在原材料中产生的应力更高并且分布更均匀，这 导致更少的回弹、更少的工具表面补偿和更少的工具表面复杂性。
在本文中的实施例的工艺利用了机加工的益处和灵活性，这非常 适合于在弯曲表面上生产细节。通过这样做，本发明的工艺消除了与 传统蠕变时效成形相关联的先前所述的问题中的一些。例如，板不言 而喻没有加强件、垫片、凹部或大开口，并且因此能够将蠕变时效成 形应用于板，以生产弯曲板预成型件，该弯曲板预成型件随后能够被 机加工以提供这种加强件、垫片，凹部和/或大开口。而且，蠕变时效 成形的板可以具有更小的曲率并且具有足够的机加工余量以将具有大 曲率的最终机加工部分的边缘包含在其体积内。
当与锻造相比时，在本文中的实施例的工艺还利用了与CAF尺寸 可重复性和低残余应力相关联的优点，这些优点被实现以优化原材料 的体积。较低的残余应力提供较小的扭曲，这继而提供更低的要求机 加工余量。因此，考虑到较低的获得零件所必要的原材料量，通过在 本文中公开的工艺，将CAF应用于较广泛的成套零件在经济上能够是 有利的。
对于零件设计的成熟度的依赖性大大降低，因为对于不修改原材 料厚度或初始曲率的任何改变都可以在不对成形工具进行任何改变的 情况下实现。最终机加工零件的尺寸质量对于CAF工艺质量的依赖性 大大降低。机加工余量提供了更大的灵活性，以适应来自CAF工艺的 尺寸偏差，并且因此对最终零件设计的仿真模型精度要求不那么严格。
因为要展平的物体非常简单，所以大大减少了设计平坦板的时间。 由于被用作原材料的平坦板的简单形状，也大大减少了计算工具表面 所需的工程劳动和计算时间。此外，当板经受高压釜条件时，由于平 坦板尚不具有任何一体构件(例如一体加强件、纵梁和开口)，因此， 待包封的物体非常简单，所以，也减少了制造真空袋的劳动和破裂的 风险。
因此，尽管参考了本发明的特定实施例，但是可以想到在本领域 技术人员的技术范围内的各种改型。因此，应当理解的是，本发明不 限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在涵盖在其精神和范围内 包括的各种改型和等效布置。

Claims (7)

1.一种用于生产飞机构件的工艺，所述飞机构件具有一体结构特征，所述工艺包括以下的顺序的步骤：
(a)提供平坦板；
(b)将所述平坦板放置在限定弯曲表面的成形工具上，所述弯曲表面接近所述飞机构件的最终弯曲形状；
(c)使所述成形工具上的所述平坦板在高压釜中经受蠕变时效成形，以产生其弯曲的构件预成型件；并且此后
(d)机加工所述弯曲的构件预成型件以形成所述一体特征，并且由此产生所述飞机构件。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，步骤(c)包括：使所述平坦板在足以允许所述平坦板呈现所述飞机构件的接近最终弯曲形状的时间上经受高压釜条件。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中，步骤(a)包括：提供平坦板，所述平坦板具有与所述飞机构件相同的周向尺寸和至少等于所述飞机构件的最厚部分的厚度尺寸。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中，所述平坦板的厚度是基本上恒定的。
5.根据权利要求3所述的工艺，其中，步骤(d)被实施为铣削所述弯曲的构件预成型件以去除其材料并且形成所述飞机构件的所述一体特征。
6.根据权利要求1的工艺，其中，步骤(c)包括：将所述平坦板放置在真空成形袋内。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述一体特征包括选自由加强件、垫片、凹部和开口组成的组中的至少一种。
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