一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，包括：确定带筋整体壁板的弹性预弯半径；利用喷丸成形工装对带筋整体壁板进行弯曲；对带筋整体壁板的外表面进行初步喷丸成形；对受喷表面中心位置进行残余应力测量，得到残余应力值σm；计算出再次预弯半径值，对带筋整体壁板进行再次预弯；再次对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形；成形结束后，将成形后带筋整体壁板从喷丸成形工装中卸载下来；对成形后带筋整体壁板外形进行曲率测量。本发明专利技术大幅提升喷丸成形变形能力，使带筋整体壁板表面获得更大的残余压应力，从而提高带筋整体壁板疲劳寿命。带筋整体壁板疲劳寿命。带筋整体壁板疲劳寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法


[0001]本专利技术涉及喷丸成形
，特别是涉及一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法。

技术介绍

[0002]大型整体带筋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。
[0003]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弹性变形载荷，确保零件不进入塑性进而易产生缺陷，然后再对其进行喷丸成形的一种方法。在相同喷丸能量和覆盖率条件下，预应力喷丸的成形极限可达到自由喷丸的2
‑
3倍。
[0004]随着新型先进飞机机动性、耐久性、燃油经济性需求的提升，整体带筋壁板结构日趋复杂，壁板表面的曲率半径大大降低，成形难度加大。现有喷丸成形工艺在带筋壁板高刚性的约束下，存在着变形极限，如果该极限不能达到零件理论数模某些局部曲面要求，则喷丸成形工艺则无法在该结构中应用，这将会限制零件外形设计，从而影响飞机整体性能。
[0005]整体带筋壁板喷丸成形工艺过程中，预应力的实施可以提高成形曲率，现有方式为通过工装对零件进行弹性预弯，预弯过程中预弯量需要始终小于材料屈服临界点，否则零件极易引起裂纹或者筋条失稳等缺陷，造成零件报废。在极限预弯、极限喷丸参数的条件下对零件进行喷丸成形，得到的零件外形曲率为该零件结构的成形极限。成形极限的大小直接影响零件数模设计范围，从而影响零件在整机中的气动外形设计。针对高筋薄壁壁板往往弹性预弯半径较大，成形曲率较低，局部区域不能满足新型先进飞机气动外形的设计要求，严重影响了该工艺的应用，限制了飞机气动设计的发展。
[0006]针对以上问题，如何针对带筋整体壁板提出一种提高喷丸成形极限的新方法来提高带筋壁板成形曲率半径，从而拓展了成形工艺的应用范围是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0007](1)要解决的技术问题
[0008]本专利技术实施例提出了一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，包括如下步骤：确定带筋整体壁板的弹性预弯半径；对带筋整体壁板进行弯曲；进行初步喷丸成形；进行再次预弯，再次对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形等。本专利技术大幅提升喷丸成形变
形能力，使带筋整体壁板表面获得更大的残余压应力，从而提高带筋整体壁板疲劳寿命。
[0009](2)技术方案
[0010]本专利技术的实施例一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一：确定带筋整体壁板的弹性预弯半径；
[0012]步骤二：利用喷丸成形工装对带筋整体壁板进行弯曲；
[0013]步骤三：对带筋整体壁板的外表面进行初步喷丸成形；
[0014]步骤四：卸载带筋整体壁板，对受喷表面中心位置进行残余应力测量，得到残余应力值σm；
[0015]步骤五：根据公式(1)计算出再次预弯半径值R
σ
，并根据再次预弯半径值R
σ
，利用喷丸成形工装对带筋整体壁板进行再次预弯：
[0016][0017]其中，K为常数，取0.9
‑
0.98范围内，σs带筋整体壁板材料的屈服强度；
[0018]步骤六：再次对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形；
[0019]步骤七：成形结束后，将成形后带筋整体壁板从喷丸成形工装中卸载下来；
[0020]步骤八：对成形后带筋整体壁板外形进行曲率测量。
[0021]进一步地，所述弹性预弯半径的确定方法包括：
[0022]首先，根据带筋整体壁板截面几何来确定带筋整体壁板的中性层；
[0023]其次，根据胡克定律，可得中性层所在截面上离形心的径向距离为y处的切应力为其中，R为中性层的曲率半径，Ey为材料弹性模量；
[0024]接着，假设材料只受到切向应力作用，则弹性变形条件为|(σ
θ
)|≤σ
s
，σ
s
为屈服强度，当弹性极限状态时，最小弯曲半径
[0025]则最小弯曲半径即为弹性预弯半径。
[0026]进一步地，在步骤二中，喷丸成形工装对带筋整体壁板进行弯曲的实际弯曲半径应小于步骤一中确定的带筋整体壁板的弹性预弯半径。
[0027]进一步地，步骤三中初步喷丸成形的喷丸气压值通过喷丸成形坑径试验确定。
[0028]进一步地，所述根据喷丸成形坑径试验确定弹坑满足要求时喷丸气压的最大值，初步喷丸成形时按照喷丸气压的最大值进行喷丸。
[0029]进一步地，初步喷丸成形时通过调整带筋整体壁板的移动速度来改变喷丸覆盖率，喷丸覆盖率范围为30％
‑
40％。
[0030]进一步地，步骤四中残余应力测量采用X射线法。
[0031]进一步地，步骤五对带筋整体壁板进行再次预弯以后应测量带筋整体壁板的表面残余应力，验证是否为压应力。
[0032]进一步地，步骤六对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形时的喷丸气压为0.1
‑
0.5MPa，喷丸覆盖率范围为95％
‑
98％。
[0033]进一步地，步骤八操作以后，若发现成形后带筋整体壁板外形曲率未达到步骤一确定的弹性预弯半径时应再进行步骤四
‑
步骤八的操作，直至成形后带筋整体壁板外形曲
率达到步骤一确定的弹性预弯半径。
[0034](3)有益效果
[0035]本专利技术实施例先通过理论计算来确定带筋整体壁板的弹性预弯半径，确保在进行预弯过程中不会超过理论上弹性预弯半径。然后在理论弹性预弯半径范围内进行预弯操作，确保带筋整体壁板不会发生塑性变形。然后测量带筋整体壁板的残余应力值。根据得到的残余应力值和对应的计算公示计算出再次预弯半径值。最后，在知晓预弯半径值再次对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形。本专利技术实施例针对带筋壁板成形需要，提出一种提高喷丸成形极限方法，大幅提升带筋整体壁板零件喷丸成形变形能力，拓展成形技术的应用范围；相对于传统成形方法可以使带筋整体壁板零件表面获得更大的残余压应力，从而提高带筋整体壁板零件疲劳寿命。
[0036]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定带筋整体壁板的弹性预弯半径；步骤二：利用喷丸成形工装对带筋整体壁板进行弯曲；步骤三：对带筋整体壁板的外表面进行初步喷丸成形；步骤四：卸载带筋整体壁板，对受喷表面中心位置进行残余应力测量，得到残余应力值σm；步骤五：根据公式(1)计算出再次预弯半径值R
σ
，并根据再次预弯半径值R
σ
，利用喷丸成形工装对带筋整体壁板进行再次预弯：其中，K为常数，取0.9
‑
0.98范围内，σs带筋整体壁板材料的屈服强度；步骤六：再次对带筋整体壁板的外表面进行喷丸成形；步骤七：成形结束后，将成形后带筋整体壁板从喷丸成形工装中卸载下来；步骤八：对成形后带筋整体壁板外形进行曲率测量。2.根据权利要求1所述的一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，其特征在于，所述弹性预弯半径的确定方法包括：首先，根据带筋整体壁板截面几何来确定带筋整体壁板的中性层；其次，根据胡克定律，可得中性层所在截面上离形心的径向距离为y处的切应力为其中，R为中性层的曲率半径，Ey为材料弹性模量；接着，假设材料只受到切向应力作用，则弹性变形条件为|(σ
θ
)|≤σ
s
，σ
s
为屈服强度，当弹性极限状态时，最小弯曲半径则最小弯曲半径即为弹性预弯半径。3.根据权利要求1所述的一种提高带筋整体壁板喷丸成形极限的方法，其特征在于，在步骤二中，喷丸成形工装对带筋整体壁板进行弯曲的实际弯曲半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾元松，程普强，郭祥，白雪飘，王明涛，王欣，尚建勤，邓瑛，田永帅，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：