一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法

技术领域

本申请涉及飞机制造技术领域，进一步是飞机机翼壁板的喷丸成形制造，具体是一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法。

背景技术

喷丸成形技术是目前金属机翼壁板较为成熟的一种塑性成形方法，为了获得更大的曲率外形，喷丸成形过程中通常施加预应力，使得壁板在喷丸之前发生弹性范围内的预变形，然后在高速运行弹丸的撞击下发生塑性变形，最终获得理论要求的外形。采用喷丸成形的金属机翼壁板一般分两类，一类是铆接式壁板，另外一类是带筋壁板，相比于铆接式壁板，带筋壁板刚性更强，壁板喷丸成形过程中均需施加预应力。带筋壁板根据曲率外形又分为单曲壁板和双曲壁板，单曲壁板翼展方向呈平直状态，而双曲壁板翼展方向呈马鞍型或者双凸型，相比于单曲壁板，双曲壁板喷丸成形更加复杂，本申请所描述的壁板则属于马鞍型带筋壁板。

带筋壁板长桁一般沿翼展方向布置，不同长桁之间的间距基本均匀，近年来，壁板结构设计逐渐复杂化，壁板长桁布置过程中出现了长桁间距不均匀的情况，甚至相邻长桁间距是其他长桁间距的两倍以上，从壁板整体內型结构来看，壁板內型面缺少一根长桁，喷丸成形领域内将两相邻长桁间距大于其他长桁间距2倍及以上的区域称之为大长桁间距区。相比于长桁均匀布置的带筋壁板，该类型的带筋壁板在预应力喷丸成形过程中存在以下难点和风险。首先，壁板在马鞍外形展向预应力施加过程中，需将壁板从外表面向着内型面进行展向预应力施加，预应力施加完成后，壁板将整体呈现出向内型面的马鞍外形，即长桁向內型面凸起，此时大长桁间距区由于缺少长桁，该区域的刚性仅由蒙皮提供，相比相邻长桁区域刚性较弱，在整体展向预应力施加过程中，该区域的蒙皮被相邻长桁牵引，蒙皮会向内型面凸起，而其他区域的蒙皮则不会发生类似变形，壁板预应力施加完成后，从壁板外表面看，大长桁间距区蒙皮呈现内凹状态，采用曲率仪对该区弦展向外形测量发现，该区弦向外形出现了反向预应力。其次，壁板整体展向预应力施加完成后对壁板进行喷丸成形，第一步则是外表面蒙皮面的弦向喷丸成形，除了大长桁间距区，其他区域弦向外形均无预应力，属于自由状态下的弦向喷丸成形，但大长桁区外表面蒙皮由于在壁板展向预应力施加过程中发生了内凹变形，导致弦向外形产生了反向预应力，因此该区域弦向喷丸并非自由状态下进行，而是反向弦向预应力下的喷丸成形，最终将导致大长桁区外表面蒙皮弦向喷丸成形后向内凸起，但相邻区域蒙皮则向外凸起，该区域极易出现喷丸应力集中而发生鼓动变形，若鼓动变形严重或者发生鼓动的位置在壁板中部，则很难通过后续喷丸校形的方法予以消除。现阶段对于上面所属情况，没有一种行之有效的工艺方法进行改善，并且，国内外也缺乏上述问题的专项工艺方法研究，实际工程中上述情况在喷丸成形加工中具有较大的质量风险。

发明内容

本申请的目的在于针对现有技术存在的实际问题，提出一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法。

一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法，首先设计并加工出大长桁间距区工艺长桁，将其放置在壁板内表面大长桁间距区中间，并完成壁板展向马鞍型预应力装夹。然后在壁板外表面画出喷丸区，对大长桁间距区弦向喷丸区上下区域设置喷丸保护区，并在该区域粘贴喷丸保护胶带，对壁板外表面大长桁间距区弦向喷丸区进行弦向喷丸成形。接着，去除大长桁间距区弦向喷丸前保护区的喷丸保护胶带，采用喷丸保护胶带对壁板外表面大长桁间距区所有区域进行保护。最后，对壁板外表面进行整体弦向喷丸成形，对壁板内表面长桁进行展向喷丸成形，对壁板外表面大长桁间距区外形进行喷丸校形，直至该区域零件外形满足要求。该方法包括以下步骤：

步骤1、设计并加工出大长桁间距区工艺长桁；

步骤2、将工艺长桁放置在壁板内表面大长桁间距区中间，并完成壁板展向马鞍型预应力装夹；

步骤3、在壁板外表面画出大长桁间距区弦向喷丸区；

步骤4、对大长桁间距区弦向喷丸区上下区域设置喷丸保护区，并在该区域粘贴喷丸保护胶带；

步骤5、对壁板外表面大长桁间距区弦向喷丸区进行弦向喷丸成形；

步骤6、去除步骤4所述的大长桁间距区弦向喷丸前保护区的喷丸保护胶带，然后采用喷丸保护胶带对壁板外表面大长桁间距区所有区域进行保护；

步骤7、对壁板外表面进行整体弦向喷丸成形；

步骤8、对壁板内表面长桁进行展喷丸成形；

步骤9、对壁板外表面大长桁间距区外形进行喷丸校形。

本申请的有益效果在于：针对壁板大长桁间距区喷丸成形过程中易出现鼓动变形的风险，设计制造工艺长桁，模拟壁板真实长桁的状态与壁板连接在一起，完成壁板整体预应力装夹，避免了壁板大长桁间距区在马鞍外形预应力装夹过程中由于该区域缺少长桁导致大长桁间距区腹板蒙皮向内凹陷，进而产生应力集中。借助工艺长桁完成壁板整体装夹后，选择壁板外表面大长桁间距区中间的部分区域进行该区域弦向喷丸成形，对大长桁间距区其他区域进行保护，这样做法的效果在于选择中间部分区域进行弦向喷丸成形，使得中间弦向喷丸成形区域产生弦向外形，利用中间喷丸过的区域外形带动周边未喷丸区域的蒙皮发生变化，使喷丸成形产生的压应力和原始拉应力借助未喷丸区进行平衡，未喷丸区作为大长桁间距区弦向喷丸成形的缓冲区可以有效抑制该区域弦向喷丸过程中产生鼓动变形。工艺长桁和窄带喷丸结合在一起，较好的解决了壁板马鞍外形大长桁间距区喷丸成形过程中鼓动变形的难题。

以下结合实施附图对本申请作进一步详细描述。

附图说明

图1工艺长桁安装后壁板整体预应力装夹示意图；

图2工艺长桁立筋高度及腹板厚度示意图；

图3大长桁间距区及相邻长桁轴线示意图；

图4大长桁间距区及工艺长桁腹板示意图；

图5大长桁间距区外表面弦向喷丸区及相邻保护区示意图；

图6大长桁间距区弦向喷丸后保护示意图。

图中编号说明：1、外端预应力立柱；2、工艺长桁；3、上相邻长桁；4、下相邻长桁；5、上相邻长桁轴线；6、大长桁间距区宽度中线；7、下相邻长桁轴线；8、大长桁间距区弦向喷丸区；9、大长桁间距区弦向喷丸前保护区；10、整体弦向喷丸时大长桁间距区保护区；11、工艺长桁腹板；12、大长桁间距区内表面腹板；13、壁板外表面；14、相邻长桁立筋高度尺寸；15、工艺长桁立筋高度尺寸；16、工艺长桁腹板厚度尺寸。

具体实施方式

一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法首先设计并加工出大长桁间距区工艺长桁，将其放置在壁板内表面大长桁间距区中间，并完成壁板展向马鞍型预应力装夹。然后在壁板外表面画出喷丸区，对大长桁间距区弦向喷丸区上下区域设置喷丸保护区，并在该区域粘贴喷丸保护胶带，对壁板外表面大长桁间距区弦向喷丸区进行弦向喷丸成形。接着，去除大长桁间距区弦向喷丸前保护区的喷丸保护胶带，采用喷丸保护胶带对壁板外表面大长桁间距区所有区域进行保护。最后，对壁板外表面进行整体弦向喷丸成形，对壁板内表面长桁进行展向喷丸成形，对壁板外表面大长桁间距区外形进行喷丸校形，直至该区域零件外形满足要求。

下面结合附图作详细说明，一种马鞍型带筋壁板大长桁间距区喷丸成形方法包括9个步骤。

步骤1、设计并加工出工艺长桁2；

参见附图2，工艺长桁2设计过程中需注意立筋高度尺寸，工艺长桁立筋高度尺寸15与工艺长桁腹板厚度尺寸16之和等于相邻长桁立筋高度尺寸14，工艺长桁在壁板内表面大长桁间距区贴合后长桁顶部高度与相邻长桁顶部高度一致。工艺长桁2除了立筋高度外其他截面尺寸与壁板大长桁间距区上相邻长桁3和下相邻长桁4的截面尺寸一致，工艺长桁2材料与壁板材料保持一致。

参见附图3，工艺长桁2的腹板宽度为壁板大长桁间距区上相邻长桁轴线5和下相邻长桁轴线7之间间距的1/2。参见附图1，工艺长桁的长度不小于壁板预应力装夹区两外端预应力立柱之间距离。

步骤2、将工艺长桁2放置在壁板内表面大长桁间距区中间，并完成壁板整体展向预应力施加；

壁板上长桁轴线均位于各长桁腹板宽度的中间，参见附图1和附图3，将工艺长桁2放置在壁板内表面大长桁间距区宽度中间，使工艺长桁2的长桁轴线与内表面大长桁间距区宽度中线6重合，调整工艺长桁2沿壁板翼展方向的位置，使得工艺长桁2在翼展方向位于壁板整体展向预应力装夹区的中间，此时表明工艺长桁2在壁板宽度和翼展方向均定位完成。参见附图4，采用喷丸保护胶带将工艺长桁腹板11的上下侧与大长桁间距区内表面腹板12进行粘贴固定，确保工艺长桁的位置不发生变化，最后对壁板进行整体展向预应力施加。

步骤3、在壁板外表面13画出大长桁间距区弦向喷丸区8；

参见附图3和附图5，在壁板外表面13画出上相邻长桁轴线5和下相邻长桁轴线7，然后画出两长桁轴线间距的中线，即大长桁间距区宽度中线6，以大长桁间距区宽度中线6为基准，将大长桁间距区宽度中线6向上下两侧分别进行偏移，偏移的距离为上相邻长桁轴线5和下相邻长桁轴线7间距的1/6，偏移后上下两条线之间的区域即为壁板外表面13大长桁间距区弦向喷丸区8。

步骤4、采用喷丸保护胶带对大长桁间距区弦向喷丸区8上下相邻宽200mm的区域即大长桁间距区弦向喷丸前保护区9进行保护；

步骤5、对壁板外表面13大长桁间距区弦向喷丸区8进行弦向喷丸成形；该方法所介绍的弦向喷丸成形中所采用的设备为大型数控喷丸成形机(如MPR20000数控喷丸成形机)，弦向喷丸路径与长桁轴线平行即可，各喷丸路径之间的间距控制在100mm，喷丸角度为90°，喷丸距离为400mm，喷丸压力控制在0.2±0.05Mpa，喷丸速度控制在6±1.5m/min，其中喷丸压力和喷丸速度的调整需参考壁板的实际曲率。

步骤6、去除步骤4所述的大长桁间距区弦向喷丸前保护区9的喷丸保护胶带，然后采用保护胶带对整体弦向喷丸时大长桁间距区保护区10进行保护；

步骤5弦向喷丸成形结束后，去除大长桁间距区弦向喷丸前保护区9的喷丸保护胶带，然后对壁板外表面13整体弦向喷丸时大长桁间距区保护区10进行保护，整体弦向喷丸时大长桁间距区保护区10指附图6所示的上相邻长桁轴线5和下长桁轴线7之间的区域。本步骤保护的关键原因在于避免壁板整体弦向喷丸成形时对壁板外表面13大长桁间距区除大长桁间距区弦向喷丸区8以外的区域进行喷丸，造成大长桁间距区弦向外形超出理论要求，引起鼓动变形。

步骤7、对壁板外表面13进行整体弦向喷丸成形；

依据零件整体加工工艺方案对壁板外表面13进行整体弦向喷丸成形，喷丸路径需根据壁板弦向曲率外形绘制，喷丸压力应比步骤5所述喷丸压力减小0.05MPa，喷丸速度的设定需参考壁板的实际曲率。

步骤8、对壁板内表面长桁进行展喷丸成形；

依据零件整体加工工艺方案对壁板进行展向喷丸成形，喷丸区域为长桁顶部。

步骤9、对壁板外表面13大长桁间距区外形进行喷丸校形。

展向喷丸完成之后，卸掉壁板预应力装夹，将壁板放置在外形检验样板上进行外形检查，若大长桁间距区外形完全贴合检验样板，则不需要进行喷丸校形，反之，采用超声波喷丸机对大长桁间距区内外表面进行喷丸校形，根据贴合状态判断弦向或者展向外形不满足要求，手动操控超声波喷丸机采用逐步逼近的方法进行弦向或者展向校形，至最终满足要求，避免采用超声波对壁板内表面大长桁间距区腹板进行校形。

该方法将工艺长桁和窄带喷丸结合在一起已经在实际工程中获得了应用，较好的解决了壁板马鞍外形大长桁间距区喷丸成形过程中鼓动变形的难题。