CN111729971B - 长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，包括：以长桁轴线为控制线，分析长桁轴线的曲率分布；获取每一长桁轴线上的设定位置点；映射每一设定位置点至二维毛坯上；依据最小差值法，在二维毛坯上确定预弯控制线的位置；当预弯控制线确保每一长桁实现完全弯曲时，控制预弯变形量并进行喷丸成形，其中，完全弯曲为至少三点弯曲。该长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法目的是解决长桁与蒙皮过渡区喷丸成形时预变形施加不均导致的该区域成形精度差的问题。

Description

长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法

技术领域

本发明属于飞机壁板喷丸成形技术领域，具体涉及一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法。

背景技术

壁板是航空航天飞行器上最重要的零件类型之一，既是构成气动外形的重要组成部分，同时也是飞机机翼、机身等的主要承力构件。随着航空航天事业的发展，壁板结构经历了飞跃式发展。外形结构复杂程度：由最初的外形曲率等百分线分布、等厚、规则蒙皮壁板向变厚度、带弯折扭转复杂外形蒙皮壁板以及变厚度、带结构、复杂外形带筋整体壁板发展。为提高壁板结构效率，甚至具有大变形复杂高筋整体结构。

喷丸成形是目前壁板类零件的主要成形方法，其基本原理是利用高速弹丸流撞击金属板材表面，使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸，从而使板材逐步发生向受喷面凸起的双向弯曲变形而成形所需外形。由于壁板外形结构复杂程度提高，为提高壁板的成形能力，预应力喷丸成形的应用日趋广泛。

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。主要用于外形和结构比较复杂，且曲率半径小的零件的喷丸成形。预应力喷丸成形具有三个显著特点：可以控制材料塑性变形方向，在一定程度上改变喷丸球面变形趋势；提高喷丸成形极限；提高零件喷丸工艺性，扩大喷丸成形应用范围。

现有技术预应力施加位置的设计：依据壁板外形曲率变化，将预弯控制线设计于最小曲率半径位置或曲率突变区。第一预弯补充控制线为该壁板曲率突变位置，第二预弯补充控制线则为该区域曲率半径最小的位置，采用预应力喷丸成形时，预弯立柱应设计在该两个位置。此外，为形成三点弯曲，在壁板端部补充预弯控制线，即立柱施加位置。

由于壁板结构所限，针对在长桁未完全贯穿大变形区时，采用该方法设计预弯控制线，则存在预弯施加不均匀的问题：长桁由于变形抗力大，预弯变形不易达到目标值；蒙皮区受长桁变形带动，易变形过大；且在长桁与蒙皮的连接位置容易因应力集中而形成弯折现象。

预应力施加的位置往往根据外形曲率设计，对于无结构突变的壁板结构，该方法可有效提高局部变形能力；而针对存在突变的结构，比如长桁与蒙皮突变区，则该方法不利于预弯实施，甚至容易引起局部预变形过大，甚至进入塑性变形，这对喷丸成形工艺是绝对应该避免的。

有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法用于解决长桁与蒙皮过渡区喷丸成形时预变形施加不均导致的该区域成形精度差的问题。

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长桁与蒙皮过渡区喷丸成形时预变形施加不均导致的该区域成形精度差。

(二)技术方案

本发明提供了一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，包括以下步骤：

以长桁轴线为控制线，分析所述长桁轴线的曲率分布；

获取每一所述长桁轴线上的设定位置点；

映射每一所述设定位置点至二维毛坯上；

依据最小差值法，在所述二维毛坯上确定预弯控制线的位置；

当所述预弯控制线确保每一所述长桁实现完全弯曲时，控制预弯变形量并进行喷丸成形，其中，所述完全弯曲为至少三点弯曲。

进一步地，所述设定位置点包括曲率半径最小的位置点和曲率突变的位置点。

进一步地，当所述预弯控制线未能确保每一所述长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的所述长桁位于壁板的中部，则在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线。

进一步地，所述在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线，具体为：在距离所述最短长桁的端部设定值的位置处增加第一预弯补充控制线。

进一步地，所述设定值小于200mm。

进一步地，当所述预弯控制线未能确保每一所述长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的所述长桁位于壁板的单侧，则在最短长桁的端部增加第二预弯补充控制线。

进一步地，所述预弯控制线至少为三条。

进一步地，所述第一预弯补充控制线至少为一条。

进一步地，所述第二预弯补充控制线至少为一条。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，包括：以长桁轴线为控制线，分析长桁轴线的曲率分布；获取每一长桁轴线上的设定位置点；映射每一设定位置点至二维毛坯上；依据最小差值法，在二维毛坯上确定预弯控制线的位置；当预弯控制线确保每一长桁实现完全弯曲时，控制预弯变形量并进行喷丸成形，其中，完全弯曲为至少三点弯曲。该长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法是在实施预弯时不仅仅依据外形曲率设计，在高变形抗力区增加预弯控制线，以达到壁板喷丸成形时光顺预弯，提高喷丸成形外形均匀性，从而提高零件外形精度，避免长桁与蒙皮过渡区因预弯不当造成外形间隙超差，甚至造成零件报废，避免了重大经济损失，具有良好的技术经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法；

图2为本发明实施例提供的一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法；

图3为本发明实施例提供的一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法中的壁板的长桁变形曲率的分布示意图；

图4为本发明实施例提供的一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法中的预弯控制线的位置示意图；

图5为本发明实施例提供的一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法中的预弯补充控制线的位置示意图。

图中：

1、第一预弯控制线；2、第一预弯控制线；3、第二预弯补充控制线；4、第一反向控制线；5、第二反向控制线；A、第一施力方向；B、第二施力方向；C、曲率变化曲线。

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。

根据本发明实施例提供了一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、以长桁轴线为控制线，分析长桁轴线的曲率分布；

S2、获取每一长桁轴线上的设定位置点；

S3、映射每一设定位置点至二维毛坯上；

S4、依据最小差值法，在二维毛坯上确定预弯控制线的位置；

S5、当预弯控制线确保每一长桁实现完全弯曲时，控制预弯变形量并进行喷丸成形，其中，完全弯曲为至少三点弯曲。

在该实施方式中，在实施预弯时不仅仅依据外形曲率设计，在高变形抗力区增加预弯控制线，以达到壁板喷丸成形时光顺预弯，提高喷丸成形外形均匀性，从而提高零件外形精度，避免长桁与蒙皮过渡区因预弯不当造成外形间隙超差，甚至造成零件报废，避免了重大经济损失，具有良好的技术经济效益。

在一些可选的实施例中，设定位置点包括曲率半径最小的位置点和曲率突变的位置点。依据壁板外形曲率变化，将预弯控制线设计于最小曲率半径位置或曲率突变区。

在一些可选的实施例中，当预弯控制线未能确保每一长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的长桁位于壁板的中部，则在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线。具体地，检查该预弯控制线是否能确保长桁均实现三点或四点弯曲，对未完全实现三点或四点弯曲的长桁分情况处理：对未完全实现弯曲的长桁在壁板中部，则在接近最短长桁的端部增加预弯控制线，即增加支点，在最短长桁的端部增加第一预弯补充控制线，第一预弯补充控制线的数量根据未完全弯曲的长桁确定，当该长桁为一点弯曲，则增加至少两条第一预弯补充控制线，当该长桁为两点弯曲，则增加至少一条第一预弯补充控制线，即立柱施加位置，以确保所有长桁均可实现均匀预弯。

在一些可选的实施例中，在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线，具体为：在距离最短长桁的端部设定值的位置处增加第一预弯补充控制线。

在一些可选的实施例中，设定值小于200mm。设定值过大导致第一预弯补充控制线偏离最短长桁的端部过大，影响壁板在进行喷丸成形时的光顺预弯。

在一些可选的实施例中，当预弯控制线未能确保每一长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的长桁位于壁板的单侧，则在最短长桁的端部增加第二预弯补充控制线。第二预弯补充控制线的数量根据未完全弯曲的长桁确定，当该长桁为一点弯曲，则增加至少两条第二预弯补充控制线，当该长桁为两点弯曲，则增加至少一条第二预弯补充控制线，即立柱施加位置，以确保所有长桁均可实现均匀预弯。

在一些可选的实施例中，预弯控制线至少为三条。

在一些可选的实施例中，第一预弯补充控制线至少为两条。

在一些可选的实施例中，第二预弯补充控制线至少为两条。

根据本发明实施例提供了另一长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

S201、以长桁轴线为控制线，分析长桁轴线的曲率分布；

S202、获取每一长桁轴线上的设定位置点；

S203、映射每一设定位置点至二维毛坯上；

S204、依据最小差值法，在二维毛坯上确定预弯控制线的位置；

S205、判断预弯控制线是否确保每一长桁实现完全弯曲；若是，则执行步骤S206，若否，则执行步骤S207；

S206、控制预弯变形量并进行喷丸成形；

S207、当预弯控制线未能确保长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的长桁位于壁板的中部，则在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线；或，

当预弯控制线未能确保长桁实现完全弯曲时且对未实现完全弯曲的长桁位于壁板的单侧，则在最短长桁的端部增加第二预弯补充控制线。

控制预弯变形量并进行喷丸成形，其中，完全弯曲为至少三点弯曲。

执行完步骤S207后继续执行步骤S206，完成壁板的喷丸成形。

在一具体的实施例中，如图3-5所示，以某左右对称近梯形壁板为例，其长桁变形曲率分布如图3所示，长桁变形的曲率变化曲线C体现出了长桁不同位置处的曲率。

如图4所示，根据曲率突变情况，设计第一预弯控制线1、第二预弯控制线2，其施力方向为A，朝上；根据壁板结构的左右对称性，设计第一反向控制线4、第二反向控制线5，其施力方向为B，朝下，使第一预弯控制线1和第二预弯控制线2之间的区域被均分。

由于长桁的长度小于壁板大变形范围且该长桁位于壁板的单侧，即第一预弯控制线1和第二预弯控制线2未通过该长桁，但第一反向控制线4、第二反向控制线5通过该长桁。在距该长桁的两端完整高度末端100mm处增加设计两条第二补充控制线3，其控制方向与第一预弯控制线1、第二预弯控制线2一致。

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 (6)

1.一种长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

以长桁轴线为控制线，分析所述长桁轴线的曲率分布；

获取每一所述长桁轴线上的设定位置点；

映射每一所述设定位置点至二维毛坯上；

依据最小差值法，在所述二维毛坯上确定预弯控制线的位置；

当所述预弯控制线确保每一所述长桁实现完全弯曲时，控制预弯变形量并进行喷丸成形；

当所述预弯控制线未能确保每一所述长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的所述长桁位于壁板的中部，则在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线；

当所述预弯控制线未能确保每一所述长桁实现完全弯曲时且未实现完全弯曲的所述长桁位于壁板的单侧，则在最短长桁的端部增加第二预弯补充控制线；

其中，所述设定位置点包括曲率半径最小的位置点和曲率突变的位置点，所述完全弯曲为至少三点弯曲。

2.根据权利要求1所述的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，所述在最短长桁的端部附近增加第一预弯补充控制线，具体为：在距离所述最短长桁的端部设定值的位置处增加第一预弯补充控制线。

3.根据权利要求2所述的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，所述设定值小于200mm。

4.根据权利要求1所述的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，所述预弯控制线至少为三条。

5.根据权利要求1所述的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，所述第一预弯补充控制线至少为一条。

6.根据权利要求1所述的长桁过渡区喷丸成形过程中外形精度的控制方法，其特征在于，所述第二预弯补充控制线至少为一条。

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