CN116787012A - 一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空航天制造技术领域，特别是涉及一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法。包括步骤：S1，根据带筋整体板坯数模，确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；S2，依据带筋整体板坯截面尺寸计算出截面中性层位置；S3，分析带筋整体板坯后续成形形状确定截面内受压缩区域；S4，以中性层向受压缩区域进行偏移，重新确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；S5，将新蒙皮结构和新长桁结构进行对接，实施焊接工序制备带筋整体板坯。通过将焊缝设置在远离蒙皮的位置，在少量降低材料利用率的同时确保焊接缺陷能够有效修复，而且焊缝位于带筋结构中性层附近，焊缝在后续带筋整体板坯成形过程中承受较小的轴向载荷，保证了结构的安全性，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天制造技术领域，特别是涉及一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法。
背景技术
壁板类零件是构成飞机气动外形的主承力构件，新一代先进飞机要求具有良好气动性能的同时要尽量减轻重量。
目前，带筋壁板常用的结构形式有两种，分别是蒙皮和长桁铆接的组合式壁板以及整体机加带筋整体壁板。组合式壁板由于采用大量的铆钉结构导致重量加剧，而整体机加带筋壁板材料利用率仅为6％，造成大量的原材料浪费和花费更多的机加工时。焊接带筋壁板能够有效避免增加壁板结构重量的铆钉结构，同时材料利用率高、加工成本低。
但是在焊接过程中，一般将蒙皮和长桁在近蒙皮的交界处沿轴向焊接，在服役过程中焊缝处易出现裂纹等缺陷。当缺陷出现时，只能以缺陷位置为中心向周围扩展一定范围切除该范围内的蒙皮和长桁，然后另外加工局部带筋壁板与切除缺陷后的整体壁板铆接起来，此种做法铆接区域较大，同时由于切除蒙皮，导致铆接后的壁板气动外形受到影响。因此出现焊接质量问题难以修复，而且容易导致整体壁板报废；另外，焊缝布在蒙皮处，降低了蒙皮处材料性能，需局部厚向加强，导致减重收益下降。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法，解决焊接带筋整体板坯焊缝位于蒙皮表面出现焊接缺陷难以修复的技术问题。
(2)技术方案
本发明的实施例提出了一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法，包括步骤：
S1，根据带筋整体板坯数模，确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；
S2，依据带筋整体板坯截面尺寸计算出截面中性层位置；
S3，分析带筋整体板坯后续成形形状确定截面内受压缩区域；
S4，以中性层向受压缩区域进行偏移，重新确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；
S5，将新蒙皮结构和新长桁结构进行对接，实施焊接工序制备带筋整体板坯。
进一步地，所述长桁包括凸缘和腹板。
进一步地，所述凸缘的尺寸包括长度、高度分别为a1、b1，所述腹板的尺寸包括长度、高度分别为a2、b2。
进一步地，所述蒙皮的尺寸包括长度、高度分别为a3、b3。
进一步地，在S2中的计算公式为：
其中，y为中性层位置。
进一步地，在S3中，内弯时中性层至筋条顶部为受压缩区域。
进一步地，在S3中，外弯时中性层至蒙皮区域为受压缩区域。
进一步地，在S4中，中性层向受压缩区域偏移的距离为1mm～2mm。
(3)有益效果
综上，本发明通过将焊缝设置在远离蒙皮的位置，在少量降低材料利用率的同时确保焊接缺陷能够有效修复，而且焊缝位于带筋结构中性层附近，焊缝在后续带筋整体板坯成形过程中承受较小的轴向载荷，保证了结构的安全性，是一种高效、低成本、高可靠的方法，具有良好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅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是一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法中带筋整体板坯截面的结构示意图；
图2是图1中带筋整体板坯截面几何参数示意图；
图3是带筋整体板坯内弯弯曲示意图；
图4是带筋整体板坯外弯弯曲示意图；
图5是在一些实施例中带筋整体板坯截面几何参数示意图；
图中：1、焊接区域；2、凸缘；3、腹板；4、蒙皮；5、中性层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本发明的实施例提出了一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法，包括步骤：
S1，根据带筋整体板坯数模，确定蒙皮4和长桁的截面形状和尺寸；
S2，依据带筋整体板坯截面尺寸计算出截面中性层5位置；
S3，分析带筋整体板坯后续成形形状确定截面内受压缩区域；
S4，以中性层5向受压缩区域进行偏移，重新确定蒙皮4和长桁的截面形状和尺寸；
S5，将新蒙皮4结构和新长桁结构进行对接，实施焊接工序制备带筋整体板坯。
请参考图2，在一些实施例中，所述长桁包括凸缘2和腹板3。进一步地，所述凸缘2的尺寸包括长度、高度分别为a1、b1，所述腹板3的尺寸包括长度、高度分别为a2、b2。所述蒙皮4的尺寸包括长度、高度分别为a3、b3。在S2中的计算公式为：
其中，y为中性层5位置。
请参考图3，在一些实施例中，在S3中内弯时中性层5至筋条顶部为受压缩区域。
请参考图4，在一些实施例中，在S3中外弯时中性层5至蒙皮4区域为受压缩区域。
在一些实施例中，在S4中，中性层5向受压缩区域偏移的距离为1mm～2mm。
实施例：以某飞机焊接带筋整体板坯为例，截面为“工”字型，截面参数一致，如图5所示。经计算，截面中性层5位置为距离蒙皮4表面9.51mm位置处，由于后续带筋整体板坯需要向内弯曲成形，即筋条上部区域受压、蒙皮4区域受拉，因此将焊接区域1定于距离蒙皮4表面11mm位置处进行焊接获得带筋整体板坯。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明(根据撰写情况采用)。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (8)
1.一种高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1，根据带筋整体板坯数模，确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；
S2，依据带筋整体板坯截面尺寸计算出截面中性层位置；
S3，分析带筋整体板坯后续成形形状确定截面内受压缩区域；
S4，以中性层向受压缩区域进行偏移，重新确定蒙皮和长桁的截面形状和尺寸；
S5，将新蒙皮结构和新长桁结构进行对接，实施焊接工序制备带筋整体板坯。
2.根据权利要求1所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，所述长桁包括凸缘和腹板。
3.根据权利要求2所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，所述凸缘的尺寸包括长度、高度分别为a1、b1，所述腹板的尺寸包括长度、高度分别为a2、b2。
4.根据权利要求3所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，所述蒙皮的尺寸包括长度、高度分别为a3、b3。
5.根据权利要求4所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，在S2中的计算公式为：
其中，y为中性层位置。
6.根据权利要求1所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，在S3中，内弯时中性层至筋条顶部为受压缩区域。
7.根据权利要求1所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，在S3中，外弯时中性层至蒙皮区域为受压缩区域。
8.根据权利要求1所述高效低成本带筋整体板坯的制备方法，其特征在于，在S4中，中性层向受压缩区域偏移的距离为1mm～2mm。
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