一种基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法技术

本发明专利技术提供了一种基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法，基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法包括以下步骤：步骤1、确定待加工零件的拉伸变形区域；步骤2、对拉伸变形区域进行局部搅拌摩擦加工，形成搅拌摩擦区域；步骤3、对待加工零件进行喷丸成形。本发明专利技术的有益效果是，采用局部搅拌摩擦加工增加塑性的方法与喷丸成形相结合，可有效提高大曲率壁板构件的喷丸成形极限以及喷丸成形精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及整体壁板喷丸成形
，具体是一种基于搅拌摩擦加工局部增塑 的喷丸成形方法。
技术介绍
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。 搅拌摩擦加工技术是在搅拌摩擦焊基础上发展的一种新的材料加工技术，其原理 是由轴肩和搅拌针组成的焊接工具(搅拌头)高速旋转将搅拌针挤入工件，通过搅拌工具与 工件表面摩擦将工件局部加热，软化、强塑性变形、再结晶，从而在搅拌区内形成致密的细 晶组织，改善材料的力学性能。 随着飞机性能的不断提高，对飞机结构的气动性和整体性的要求也越来越高。作 为构成机翼外形重要零部件之一的整体壁板在外形上具有复杂马鞍形和扭转的特点，在内 型上具有整体加强凸台、口框、孔及下陷等。同时为提高飞机的机动性以及气动性能，机翼 以及机身的某些局部型面采用大曲率外形。对于带有曲率半径较小区域的这类壁板构件， 其成形难度将成倍增加。由于喷丸成形存在一定的喷丸成形极限，无法满足这类零件的成 形需求。
技术实现思路
为了克服现有的喷丸成形技术成形难度大的不足，本专利技术提供了一种基于搅拌摩 擦加工局部增塑的喷丸成形方法，以降低喷丸成形的难度。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于搅拌摩擦加工局部增塑的 喷丸成形方法，基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法包括以下步骤:步骤1、确定待 加工零件的拉伸变形区域;步骤2、对拉伸变形区域进行局部搅拌摩擦加工，形成搅拌摩擦 区域;步骤3、对待加工零件进行喷丸成形。 进一步地，步骤1包括:步骤1.1、将目标零件的外蒙皮表面作为模具型面，将目标 零件展开后得到的平板零件作为初始零件;步骤1.2、对初始零件的表面施加压力，并使初 始零件的外表面与模具型面完全贴合，形成待加工零件;步骤1.3、对待加工零件的应变分 布进行分析，并确定待加工零件的拉伸变形区域。 进一步地，在步骤1.3中，该拉伸变形区域为应变为正值的区域。 进一步地，步骤2包括:在搅拌摩擦加工时，轴肩的下压量为0 · Imm~0 · 2mm，搅拌头 的旋转速度为800r/min~1600r/min。 进一步地，步骤2包括:在搅拌摩擦加工时，搅拌摩擦的加工深度为0.11~0.3t，t 为待加工零件的厚度。 进一步地，步骤2包括:沿设定间距对零件进行多道搅拌摩擦加工，每道搅拌摩擦 加工的行进方向均与步骤3中喷丸的行进方向相同。进一步地，相邻两道搅拌摩擦加工形成的行进轨迹之间相互平行，相邻两道搅拌 摩擦加工形成的行进轨迹的中心间距为〇. 5d~d，d为搅拌摩擦加工使用的搅拌针的最大直 径。 进一步地，在步骤3中，对该待加工零件的搅拌摩擦区域进行喷丸成形。 进一步地，在步骤2和步骤3之间，还包括对经过搅拌摩擦加工后的待加工零件施 加沿变形方向的弹性预弯应力，弹性预弯应力的施加区域应与该搅拌摩擦区域重合或大于 该搅拌摩擦区域，在步骤3中，对该待加工零件的该弹性预弯应力的施加区域进行喷丸成 形。进一步地，弹性预弯应力小于或者等于0.75c，c为搅拌摩擦区域的材料的屈服强 度。本专利技术的有益效果是，采用局部搅拌摩擦加工增加塑性的方法与喷丸成形相结 合，可有效提高大曲率壁板构件的喷丸成形极限以及喷丸成形精度。施加预应力之前在局部区域进行搅拌摩擦加工处理，可以很好地控制材料流动以 及变形方向，更利于马鞍形以及扭转等复杂外形面的成形。 通过搅拌工具与工件表面摩擦，在搅拌区内形成致密的细晶组织，改善材料的力 学性能，在获得相同外形曲率的条件下，所需施加预应力以及喷丸强度较小，有利于改善成 形零件的性能质量。 该方法同样适用于整体带筋以及不带筋的复杂双曲率外形带筋整体壁板的预应 力喷丸成形。【附图说明】 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示 意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术第一实施例的流程示意图； 图2为本专利技术第二实施例的流程示意图； 图3为本专利技术待加工零件的结构示意图；图4为本专利技术待加工零件的应力分布示意图。【具体实施方式】 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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。 如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方 法，该基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法包括以下步骤：步骤1、确定待加工零件的拉伸变形区域。 步骤2、对该拉伸变形区域进行局部搅拌摩擦加工，形成搅拌摩擦区域。 步骤3、对该待加工零件进行喷丸成形。 上述待加工零件为大曲率壁板构件，本专利技术实施例采用局部搅拌摩擦加工增加塑 性的方法与喷丸成形相结合，可有效提高大曲率壁板构件的喷丸成形极限以及喷丸成形精 度。其中，步骤2中，对拉伸变形区域进行局部搅拌摩擦加工是根据加工需求选取对应的区 域进行搅拌摩擦加工，该区域大小可以与拉伸变形区域相同，也可以小于拉伸变形区域。上 述搅拌摩擦加工区域的选取是根据不同的工作需要进行选取的。本专利技术该实施例在步骤3 中，对该待加工零件的搅拌摩擦区域进行喷丸成形。本专利技术实施例中的该步骤1包括： 步骤1.1、将目标零件的外蒙皮表面作为模具型面，将该目标零件展开后得到的平 板零件作为初始零件。 步骤1.2、通过一根压杆2对该初始零件的表面施加压力，并使该初始零件的外表 面与该模具型面完全贴合，形成该待加工零件1，如图3所示，该待加工零件1左右两端的限 位杆3对待加工零件1的左右两端起到限位作用。 步骤1.3、对该待加工零件的应变分布进行分析，并确定该待加工零件的该拉伸变 形区域4。 其中，上述步骤1.1可以在CATIA软件中进行，上述步骤1.3可以通过有限元分析方 法进行确定。本实施例中该拉伸变形区域为应变方向与压杆2压力的施力方向相同的区域。 也可以理解为如图4所示，在应变与位置关系坐标系中，X轴表示该待加工零件1上不同点的 位置，Y轴表示该待加工零件1的应变值，在该坐标系中，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法，其特征在于，该基于搅拌摩擦加工局部增塑的喷丸成形方法包括以下步骤：步骤1、确定待加工零件的拉伸变形区域；步骤2、对该拉伸变形区域进行局部搅拌摩擦加工，形成搅拌摩擦区域；步骤3、对该待加工零件进行喷丸成形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾元松，黄遐，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11