CN111715739B - 带筋整体壁板预弯工装及喷丸成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带筋整体壁板预弯工装，包括支撑立柱、施力立柱、顶丝、筋条顶块和垫板；多个支撑立柱与多个施力立柱之间的空隙处用于放置带筋整体壁板，筋条顶块位于施力立柱与带筋整体壁板之间且与带筋整体壁板的筋条接触，顶丝穿设于施力立柱且与筋条顶块接触；垫板的第一端面与筋条接触，垫板的第二端面与筋条顶块接触。本发明还公开了一种喷丸成形方法。该带筋整体壁板预弯工装目的是解决因工装与零件某一根筋条接触位置不连续，造成零件展向预弯曲面不光顺而影响零件喷丸成形精度及表面质量的问题。

Description

带筋整体壁板预弯工装及喷丸成形方法

技术领域

本发明属于飞机壁板喷丸成形技术领域，具体涉及一种带筋整体壁板预弯工装及喷丸成形方法。

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。

随着新型先进飞机机动性、耐久性、燃油经济性需求的提升，整体带筋整体壁板外型曲率日趋复杂，整体带筋结构刚性加强的同时变形抗力也随之加强，这为复杂外型的带筋整体壁板预弯带来更大挑战。突破大曲率带筋整体壁板的喷丸成形技术成为新型飞机大型带筋整体壁板制造成功的关键。

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。针对大曲率带筋整体壁板，必须对筋条施加预应力来实现对整个壁板的弹性预弯，进而满足喷丸成形需要。现有对大曲率带筋整体壁板筋条施加预弯时，工装与零件某一根筋条接触位置不连续，造成零件展向预弯曲面不光顺，从而影响零件喷丸成形精度及表面质量。

有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种带筋整体壁板预弯工装及喷丸成形方法用于解决因工装与零件某一根筋条接触位置不连续，造成零件展向预弯曲面不光顺而影响零件喷丸成形精度及表面质量的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是因工装与零件某一根筋条接触位置不连续，造成零件展向预弯曲面不光顺而影响零件喷丸成形精度及表面质量。

(二)技术方案

本发明的第一方面提供了一种带筋整体壁板预弯工装，包括支撑立柱、施力立柱、顶丝、筋条顶块和垫板；

多个所述支撑立柱与多个所述施力立柱之间的空隙处用于放置带筋整体壁板，所述筋条顶块位于所述施力立柱与所述带筋整体壁板之间且与所述带筋整体壁板的筋条接触，所述顶丝穿设于所述施力立柱且与所述筋条顶块接触；

所述垫板的第一端面与所述筋条接触，所述垫板的第二端面与所述筋条顶块接触；所述垫板的曲率与所述筋条上的筋条加厚凸台的预弯曲率相同。

进一步地，所述垫板为铝合金材质。

进一步地，所述垫板的厚度为5-15mm。

进一步地，所述垫板的长度为两个所述支撑立柱的间距。

进一步地，所述垫板棱边为倒角。

进一步地，所述筋条顶块开设限位孔，所述顶丝的尖部插入所述限位孔。

进一步地，所述筋条顶块的截面为U型，具有开口的端面与所述垫板接触。

本发明的第一方面提供了一种基于上述带筋整体壁板预弯工装的喷丸成形方法，包括以下步骤：

固定带筋整体壁板于多个支撑立柱与多个施力立柱之间的空隙处；

对带筋整体壁板进行预弯；

确定喷丸成形的参数；

依据所述喷丸成形的参数对所述带筋整体壁板进行喷丸成形。

进一步地，所述对带筋整体壁板进行预弯，具体为：

利用所述带筋整体壁板预弯工装对所述带筋整体壁板施加预应力，使所述带筋整体壁板向顶丝进给力的方向凸起变形，利用手持卡板控制所述带筋整体壁板外表面的曲率。

进一步地，所述依据所述喷丸成形的参数对所述带筋整体壁板进行喷丸成形，具体为：

依据所述喷丸成形的参数编辑数控程序，利用数控喷丸成形设备对所述带筋整体壁板进行喷丸成形。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的带筋整体壁板预弯工装，包括支撑立柱、施力立柱、顶丝、筋条顶块和垫板；多个支撑立柱与多个施力立柱之间的空隙处用于放置带筋整体壁板，筋条顶块位于施力立柱与带筋整体壁板之间且与带筋整体壁板的筋条接触，顶丝穿设于施力立柱且与筋条顶块接触；垫板的第一端面与筋条接触，垫板的第二端面与筋条顶块接触。通过在带筋整体壁板的每一根筋条的位置处均设置筋条顶块与垫板，筋条顶块与垫板的配合实现与带筋整体壁板上的筋条连续接触，由于垫板的曲率与筋条加厚凸台611的预弯曲率相同，可以保证整个壁板预弯过程与垫板接触良好，提升壁板筋条预弯变形的均匀性，从而提高带筋整体壁板的喷丸成形精度及表面质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装的立视图；

图2为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装的俯视图；

图3为图2中的A处放大图；

图4为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装中的垫板与卡板配合示意图；

图5为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装中的顶丝与筋条顶块的配合示意图；

图6为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装对带筋整体壁板进行预弯的前后对比图；

图7为本发明实施例提供的一种带筋整体壁板预弯工装中的带筋整体壁板的喷丸成形分区图；

图8为本发明实施例提供的一种喷丸成形方法的流程示意图。

图中：1、支撑立柱；2、施力立柱；3、顶丝；4、筋条顶块；41、限位孔；5、垫板；6、带筋整体壁板；61、筋条；611、筋条加厚凸台；7、卡板；B、筋条顶块对应区域；C、非筋条顶块对应区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例的第一方面提供了一种带筋整体壁板预弯工装，如图1-3所示，包括支撑立柱1、施力立柱2、顶丝3、筋条顶块4和垫板5；多个支撑立柱1与多个施力立柱2之间的空隙处用于放置带筋整体壁板6，筋条顶块4位于施力立柱2与带筋整体壁板6之间且与带筋整体壁板6的筋条61接触，顶丝3穿设于施力立柱2且与筋条顶块4接触；垫板5的第一端面与筋条61接触，垫板5的第二端面与筋条顶块4接触；利用喷丸成形的方法使得垫板5的曲率与筋条61上的筋条加厚凸台611的预弯曲率相同。

在该实施方式中，对带筋整体壁板6施加预应力时，将顶丝3插入对应的施力立柱2的孔位中，施力立柱2的孔位与筋条61的位置对应。具体操作时可使用扳手工具旋转顶丝3使得顶丝3与筋条顶块4接触；筋条顶块4随之与垫板5接触，垫板5与筋条加厚凸台611接触后，将顶丝3的进给力传递给带筋整体壁板6，使得筋条61向顶丝3的进给方向凸起变形，从而实现对带筋整体壁板6的预弯，通过垫板5将顶丝3的进给力均匀传递给筋条61，实现与带筋整体壁板上的筋条连续接触，提升壁板筋条预弯变形的均匀性，从而提高带筋整体壁板的喷丸成形精度及表面质量。

在一些可选的实施例中，垫板5为铝合金材质。具体地，垫板5的力学性能尽量与带筋整体壁板6材料的一致。

在一些可选的实施例中，垫板5的厚度为5-15mm。同时垫板5的宽度为筋条加厚凸台611宽度±2mm。

在一些可选的实施例中，如图1所示，垫板5的长度为两个支撑立柱1的间距。这样能够确保两个支撑立柱1之间的筋条61均与垫板5接触，让顶丝3的进给力更加均匀地传递给筋条61。

在一些可选的实施例中，垫板5棱边为倒角。设置倒角的目的是为了避免损伤带筋整体壁板6。

如图4所示，根据带筋整体壁板1与喷丸成形工艺设计，确定筋条加厚凸台611的预弯曲率R，对垫板5与筋条加厚凸台611接触一侧的表面——垫板5的喷丸表面进行喷丸成形，利用同等长度的卡板7检测垫板5喷丸成形后曲率，使卡板7与垫板5的喷丸表面51间隙小于0.5mm。

在一些可选的实施例中，如图5所示，筋条顶块4开设限位孔41，顶丝3的尖部插入限位孔41。限位孔41能够实现顶丝3旋转时与筋条顶块4接触良好，顶丝3与筋条顶块4之间不发生相对移动。

在一些可选的实施例中，如图5所示，筋条顶块4的截面为U型，具有开口的端面与垫板5接触。筋条顶块的开口端面与垫板5接触部分的宽度与垫板5宽度一致。筋条顶块4与顶丝3材质均可选用不锈钢，对其材质具体不做限定。

如图6所示，给出了一种预弯前后带筋整体壁板6形状变化的对比图，通过卡板7控制带筋整体壁板6的外表面的曲率。

如图7所示，给出了一种喷丸成形分区图，不同区域对应不同的喷丸成形强度。

根据本发明实施例的第二方面提供了一种基于上述带筋整体壁板预弯工装的喷丸成形方法，如图8所示，包括以下步骤：

S1、固定带筋整体壁板于多个支撑立柱与多个施力立柱之间的空隙处；

S2、对带筋整体壁板进行预弯；

S3、确定喷丸成形的参数；

S4、依据喷丸成形的参数对带筋整体壁板进行喷丸成形。

在该实施方式中，步骤S3中喷丸成形强度在“筋条顶块对应区”是在“非筋条顶块对应区”的85％-95％。

在一些可选的实施例中，步骤S2中对带筋整体壁板进行预弯，具体为：

利用带筋整体壁板预弯工装对带筋整体壁板6施加预应力，使带筋整体壁板6向顶丝3进给力的方向凸起变形，利用卡板7控制带筋整体壁板6外表面的曲率。

在一些可选的实施例中，步骤S4中依据喷丸成形的参数对带筋整体壁板进行喷丸成形，具体为：

依据喷丸成形的参数编辑数控程序，利用数控喷丸成形设备对带筋整体壁板6进行喷丸成形。

在一具体实施例中，以某型带筋整体壁板零件为例(尺寸大约8300mm×800mm，材料牌号：2024-T351，该壁板为复杂曲面，展向向外表面凸起弯曲，且曲率较大)，利用本发明实施例提供的喷丸成形方法对零件进行预应力喷丸成形，施加预应力，喷丸成形参数如下表1，最终达到外形精度及表面光顺度的要求。

表1

本发明实施例提供的带筋整体壁板预弯工装利用喷丸成形工艺方法制备展向预弯工装，可结合喷丸成形参数自由设计预弯曲率，并不额外增加成本情况下多次反复优化工装，实现对大曲率壁板展向预弯曲率精确控制。

本发明实施例提供的喷丸成形方法提出的分区喷丸成形参数设计及不同区域喷丸强度比值关系，可大幅提高数控喷丸成形精度，从而大幅缩减人工喷丸校形时间，提升产品生产效率40％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，包括支撑立柱(1)、施力立柱(2)、顶丝(3)、筋条顶块(4)和垫板(5)；

多个所述支撑立柱(1)与多个所述施力立柱(2)之间的空隙处用于放置带筋整体壁板(6)，所述筋条顶块(4)位于所述施力立柱(2)与所述带筋整体壁板(6)之间且与所述带筋整体壁板(6)的筋条(61)接触，所述顶丝(3)穿设于所述施力立柱(2)且与所述筋条顶块(4)接触；

所述垫板(5)的第一端面与所述筋条(61)接触，所述垫板(5)的第二端面与所述筋条顶块(4)接触；所述垫板(5)的曲率与所述筋条(61)上的筋条加厚凸台(611)的预弯曲率相同。

2.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述垫板(5)为铝合金材质。

3.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述垫板(5)的厚度为5-15mm。

4.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述垫板(5)的长度为两个所述支撑立柱(1)的间距。

5.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述垫板(5)棱边为倒角。

6.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述筋条顶块(4)开设限位孔(41)，所述顶丝(3)的尖部插入所述限位孔(41)。

7.根据权利要求1所述的带筋整体壁板预弯工装，其特征在于，所述筋条顶块(4)的截面为U型，具有开口的端面与所述垫板(5)接触。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的带筋整体壁板预弯工装的喷丸成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

固定带筋整体壁板于多个支撑立柱与多个施力立柱之间的空隙处；

对所述带筋整体壁板进行预弯；

确定喷丸成形的参数；

依据所述喷丸成形的参数对所述带筋整体壁板进行喷丸成形。

9.根据权利要求8所述的喷丸成形方法，其特征在于，所述对带筋整体壁板进行预弯，具体为：

利用所述带筋整体壁板预弯工装对所述带筋整体壁板施加预应力，使所述带筋整体壁板向顶丝进给力的方向凸起变形，利用手持卡板控制所述带筋整体壁板外表面的曲率。

10.根据权利要求8所述的喷丸成形方法，其特征在于，所述依据所述喷丸成形的参数对所述带筋整体壁板进行喷丸成形，具体为：

依据所述喷丸成形的参数编辑数控程序，利用数控喷丸成形设备对所述带筋整体壁板进行喷丸成形。

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