CN117086504A - 薄壁t型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，包括以下步骤：采用焊接工艺焊接壁板零件，形成焊接壁板坯料；标记出焊接壁板坯料表面的翘起区域；对翘起区域处对应的焊缝区域进行预应力喷丸，形成焊接壁板矫正件；对焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲；测量预弯曲后的焊接壁板矫正件的预弯曲率半径，根据预弯曲率半径分区设计喷丸成形参数；采用喷丸成形参数对焊接壁板矫正件进行分区喷丸成形，形成焊接壁板成形件。采用上述方法可以实现具有目标曲率半径的焊接壁板的制备，且材料利用率高，成形成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及航空制造技术领域，更具体地说，涉及一种薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法。
背景技术
金属壁板是航空装备最重要的主承力结构之一，其制造技术的水平直接影响装备性能等指标。喷丸成形技术是目前大型飞机金属机翼壁板最重要的制造手段，其原理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弯曲而达到目标外形的一种成形方法。由于此种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，又可以提高零件疲劳性能，非常适合于大型尺寸零件，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。
目前飞机金属壁板的成形方式一般为机械加工成形，该种成形方式为减材制造方式，材料利用率较低，而且加工步骤多，加工成本高。
随着焊接技术的发展，焊接壁板制造技术得到推广应用，其相较与传统铆接组合结构可以大幅减轻机体重量，焊接带筋壁板相较于整体机加壁板可以提高材料利用率，大幅减少制造成本。搅拌摩擦焊（FSW）是利用摩擦热作为热源的一种连续、纯机械化的固相焊接工艺，其凭借可靠、高效、绿色的特点，已广泛应用于铝合金、铜合金、镁合金的焊接。
随着新型先进飞机机动性、耐久性、燃油经济性需求的提升，焊接带筋壁板结构日趋复杂，壁板表面的曲率复杂。而且，FSW过程是一个复杂的热力耦合过程，常常伴随着温度以及应力变化，造成焊后接头出现残余应力和变形，焊缝区域与非焊缝区域的应力不均匀造成零件后续成形过程中外形精度控制难度加大。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的是焊接壁板的外形精度难以控制难度的技术问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，用于成形具有目标曲率半径的焊接壁板，包括以下步骤：
步骤一、采用焊接工艺焊接壁板零件，形成焊接壁板坯料，其中，所述焊接壁板坯料表面焊接形成有焊缝的区域为焊缝区域；
步骤二、对所述焊接壁板坯料进行平面度检测，标记出焊接壁板坯料表面的翘起区域；
步骤三、使用真空吸附工装吸附住所述焊接壁板坯料，以使所述焊接壁板坯料与所述真空吸附工装的工装平台表面贴合，并对所述翘起区域处对应的焊缝区域进行预应力喷丸，形成焊接壁板矫正件；
步骤四、对所述焊接壁板矫正件进行平面度检测，若其平面度小于第一预设值，则执行步骤五；否则，重复步骤三，直至其平面度小于第一预设值；
步骤五、对所述焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲；
步骤六、测量预弯曲后的焊接壁板矫正件的预弯曲率半径，根据所述预弯曲率半径分区设计喷丸成形参数；
步骤七、采用所述喷丸成形参数对所述焊接壁板矫正件进行分区喷丸成形，形成焊接壁板成形件；
步骤八、将焊接壁板成形件与具有目标曲率半径检验工装进行贴模，测量焊接壁板成形件表面与检验工装表面之间的间隙距离，若所述间隙距离小于第二预设值，则成形结束；否则，重复步骤七，直至所述间隙距离小于第二预设值。
优选地，所述第一预设值为0.5mm。
优选地，所述第二预设值为0.5mm。
优选地，所述步骤五具体为：利用第一夹具和第二夹具分别夹持住所述焊接壁板矫正件的两端，驱动所述第一夹具和所述第二夹具相互靠近，以对所述焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲。
优选地，所述喷丸成形参数包括喷射气压、弹流量、喷射距以及喷枪移动速度。
优选地，所述壁板零件包括多块蒙皮，多块所述蒙皮焊接连接形成所述焊接壁板坯料。
优选地，所述壁板零件包括长桁和蒙皮，所述长桁焊接连接于所述蒙皮，形成所述焊接壁板坯料。
优选地，所述长桁为T型筋条。
优选地，所述焊缝区域为所述长桁与所述蒙皮连接处的角焊缝。
优选地，使用卡板或弧高仪测量所述焊接壁板成形件的外形曲率。
（三）有益效果
本发明的上述技术方案至少具有如下优点：
1、本发明首先通过对焊接壁板坯料的焊缝区域进行预应力喷丸，使得其焊缝区域与非焊缝区域的应力分布均匀，消除因焊接壁板坯料的焊缝区域应力集中所产生的较大变形；然后通过对焊接壁板坯料进行预弯曲，使其产生弹性变形，并控制焊接壁板坯料的预弯曲曲率向目标半径曲率靠近，实现初步的弯曲成形；最后，通过对焊接壁板矫正件进行分区喷丸成形，使其定型，最终实现目标曲率半径的焊接壁板的制备；
2、相对与传统的预弯曲方式，本发明创新性地提出：采用第一夹具和第二夹具分别夹持住焊接壁板矫正件的两端，驱动第一夹具和第二夹具相互靠近，以对焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲；该种预弯曲方式下成型的焊接壁板矫正件具有较平顺的表面，保证气动外形精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明实施例提供的焊接壁板坯料的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的焊接壁板坯料与真空吸附工装的装配示意图。
图3是本发明实施例提供的焊接壁板坯料预弯曲流程图。
图4是本发明实施例提供的焊接壁板矫正件的分区示意图。
图中各附图标记为：
10、焊接壁板坯料；20、焊接壁板矫正件；100、真空吸附工装；200、第一夹具；300、第二夹具；101、蒙皮；102、长桁。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：
如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例提供一种薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，用于成形具有目标曲率半径的焊接壁板，包括以下步骤：
步骤一、采用焊接工艺焊接壁板零件，形成焊接壁板坯料10，其中，焊接壁板坯料表面焊接形成有焊缝的区域为焊缝区域A；
步骤二、对焊接壁板坯料10进行平面度检测，标记出焊接壁板坯料10表面的翘起区域；
步骤三、使用真空吸附工装100吸附住焊接壁板坯料10，以使焊接壁板坯料10与真空吸附工装的工装平台表面贴合，并对翘起区域处对应的焊缝区域A进行预应力喷丸，形成焊接壁板矫正件20；
步骤四、对焊接壁板矫正件20进行平面度检测，若其平面度小于第一预设值，则执行步骤五；否则，重复步骤三，直至其平面度小于第一预设值；
步骤五、对焊接壁板矫正件20施加预应力，使其预弯曲；
步骤六、测量预弯曲后的焊接壁板矫正件20的预弯曲率半径，根据预弯曲率半径分区设计喷丸成形参数；
步骤七、采用喷丸成形参数对焊接壁板矫正件20进行分区喷丸成形，形成焊接壁板成形件；
步骤八、将焊接壁板成形件与具有目标曲率半径检验工装进行贴模，测量焊接壁板成形件表面与检验工装表面之间的间隙距离，若间隙距离小于第二预设值，则成形结束；否则，重复步骤七，直至间隙距离小于第二预设值。
在其中一个实施例中，根据不同的成形精度要求可以选用不同数值的第一预设值。本实施例中优选第一预设值为0.5mm。
在其中一个实施例中，根据不同的成形精度要求可以选用不同数值的第二预设值。本实施例中优选第二预设值为0.5mm。
在其中一个实施例中，步骤五具体为：利用第一夹具200和第二夹具300分别夹持住焊接壁板矫正件20的两端，驱动第一夹具200和第二夹具300相互靠近，以对焊接壁板矫正件20施加预应力，使其预弯曲。在现有技术中，一般是采用横杆顶压预弯实现焊接壁板矫正件20的预弯曲，具体为，在焊接壁板矫正件20一侧的两端设置两根固定的横杆，然后在焊接壁板矫正件20另一侧的中部设置一根可移动的横杆，驱动可移动的横杆移动，使其与焊接壁板矫正件20接触，并推动焊接壁板矫正件20使之预弯曲。对于这种预弯曲方式而言，由于可移动的横杆所施加的作用力集中在焊接壁板矫正件20的中部，因此焊接壁板矫正件20的中部的曲率半径相对于其他区域而言，该处的曲率半径变化大，进而使得焊接壁板矫正件20的表面弯曲不平顺。而采用本实施例提供的预弯曲方式，通过驱动第一夹具200和第二夹具300相互靠近，使得驱动焊接壁板矫正件20在中部无接触的情况下进行预弯曲，不会因作用力集中而产生接触区域的曲率半径变化大，进而使得预弯曲后的焊接壁板矫正件20的表面更加平顺。具体地，第一夹具200上设有第一球接槽210，第一球接槽210与第一关节轴220球接，第二夹具300上设有第二球接槽310，第二球接槽310与第二关节轴320球接。，当然上述球接处应当具有较大的阻尼。使得第一夹具200与第二夹具300不仅能够相对运动，而且可以发生旋转运动，以实现对焊接壁板矫正件20的弯曲。进一步地，由于飞机壁板的横截面一般为圆形状或椭圆形状，所以焊接壁板矫正件20一般会弯曲成对应的圆弧状结构，该圆弧状结构为轴对称的结构，因此为保证弯曲的顺利成型，第一夹具200与第二夹具300所施加的力应当共轴且相反。
在其中一个实施例中，喷丸成形参数包括喷射气压、弹流量、喷射距以及喷枪移动速度。
在其中一个实施例中，壁板零件包括多块蒙皮101，多块蒙皮101焊接连接形成焊接壁板坯料10。该种焊接壁板坯料10为不带筋的焊接壁板坯料。
在其中一个实施例中，壁板零件包括长桁102和蒙皮101，长桁102焊接连接于蒙皮101，形成焊接壁板坯料10。该种焊接壁板坯料10为带筋的焊接壁板坯料。
在其中一个实施例中，长桁102为T型筋条。
在其中一个实施例中，焊缝区域为长桁102与蒙皮101连接处的角焊缝。
在其中一个实施例中，使用卡板或弧高仪测量所述焊接壁板成形件的外形曲率。
以下为本发明提供的一个具体实施例，以长桁102和蒙皮101连接形成的焊接壁板坯料10为例进行说明：
采用搅拌摩擦焊工艺连接长桁102与蒙皮101形成焊接壁板坯料10，焊接壁板坯料10的长宽尺寸为940mm*1050mm。焊接后，将焊接壁板坯料10置于平台上测量其平面度，其平面度为2.6mm，并标记翘起区域。对翘起位置的焊缝进行喷丸成形后，再次测量其平面度，其平面度为0.4mm，符合要求。驱动第一夹具200和第二夹具300相互靠近，以对焊接壁板矫正件施加预应力，控制预弯曲时的预弯弦长接近具有目标曲率半径的焊接壁板的弦长，使其预弯曲。然后，根据不同预弯曲率设计不同喷丸成形参数。喷丸成形参数如下：
喷射气压：0.2Mpa、弹流量：9.6Kg、喷射距：500mm、预弯弦长：1136mm；
对于不同的喷丸路径点（以图4中1、2、3、4、5这五个路径点为例），根据其预弯曲率半径与目标曲率半径的差值大小，分别进行喷丸成形参数设计，具体喷丸成形参数设计如下：
按照上述喷丸成形参数对焊接壁板矫正件进行分区喷丸成形。最后使用卡板测量所述焊接壁板成形件的外形曲率，若外形曲率与预设曲率半径相差小于0.5mm，则成形结束；否则，进行局部喷丸校形，直至外形曲率与目标曲率半径相差小于0.5mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，用于成形具有目标曲率半径的焊接壁板，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用焊接工艺焊接壁板零件，形成焊接壁板坯料，其中，所述焊接壁板坯料表面焊接形成有焊缝的区域为焊缝区域；
步骤二、对所述焊接壁板坯料进行平面度检测，标记出焊接壁板坯料表面的翘起区域；
步骤三、使用真空吸附工装吸附住所述焊接壁板坯料，以使所述焊接壁板坯料与所述真空吸附工装的工装平台表面贴合，并对所述翘起区域处对应的焊缝区域进行预应力喷丸，形成焊接壁板矫正件；
步骤四、对所述焊接壁板矫正件进行平面度检测，若其平面度小于第一预设值，则执行步骤五；否则，重复步骤三，直至其平面度小于第一预设值；
步骤五、对所述焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲；
步骤六、测量预弯曲后的焊接壁板矫正件的预弯曲率半径，根据所述预弯曲率半径分区设计喷丸成形参数；
步骤七、采用所述喷丸成形参数对所述焊接壁板矫正件进行分区喷丸成形，形成焊接壁板成形件；
步骤八、将焊接壁板成形件与具有目标曲率半径检验工装进行贴模，测量焊接壁板成形件表面与检验工装表面之间的间隙距离，若所述间隙距离小于第二预设值，则成形结束；否则，重复步骤七，直至所述间隙距离小于第二预设值。
2.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述第一预设值为0.5mm。
3.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述第二预设值为0.5mm。
4.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述步骤五具体为：利用第一夹具和第二夹具分别夹持住所述焊接壁板矫正件的两端，驱动所述第一夹具和所述第二夹具相互靠近，以对所述焊接壁板矫正件施加预应力，使其预弯曲。
5.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述喷丸成形参数包括喷射气压、弹流量、喷射距以及喷枪移动速度。
6.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述壁板零件包括多块蒙皮，多块所述蒙皮焊接连接形成所述焊接壁板坯料。
7.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述壁板零件包括长桁和蒙皮，所述长桁焊接连接于所述蒙皮，形成所述焊接壁板坯料。
8.如权利要求7所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述长桁为T型筋条。
9.如权利要求8所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，所述焊缝区域为所述长桁与所述蒙皮连接处的角焊缝。
10.如权利要求1所述的薄壁T型焊接带筋壁板喷丸成形型面控制方法，其特征在于，使用卡板或弧高仪测量所述焊接壁板成形件的外形曲率。
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