一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法

本发明专利涉及航空壁板喷丸成形加工领域，具体涉及一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法。

背景技术：

1、在传统飞机航空制造领域中，高筋多筋整体壁板是由整块板坯制成的飞机整体结构件，筋条高度一般大于30mm。高筋多筋结构使得整体壁板抗弯刚度增大，且壁板刚度变化不连续，运用喷丸成形工艺对高筋多筋壁板进行成形，成形难度也在增加，传统成形工艺很难实现成形要求。数控喷丸成形通过喷射大量弹丸撞击成形面，喷丸成形面发生大面积塑性变形，实现壁板成形，成形效率高，但弹丸撞击产生塑性变形程度有限；激光喷丸成形通过高能激光束辐照成形面上预先设置的吸收层，吸收层产生高温高压等离子体，等离子体爆炸形成冲击波向壁板面传播，使得成形面发生塑性变形，实现壁板成形，激光喷丸区域成形面塑性变形程度高，但需要逐点喷丸，成形效率较低。激光喷丸成形产生的残余压应力层深度是机械喷丸成形的的5-10倍，激光喷丸成形的板材曲率是机械喷丸成形的3-8倍。根据壁板结构，在壁板抗弯刚度低、易成形的区域(如两筋条之间区域，壁板不带筋条区域)采用数控机械喷丸进行喷丸成形，在壁板抗弯刚度大、成形困难的区域(如高筋多筋与壁板连接处附近)采用激光喷丸进行成形，同时进行科学有效的喷丸路径优化，使得成形后的喷丸壁板变形符合要求，壁板应力分布更加合理。结合数控喷丸成形技术和激光喷丸成形技术加工航空高筋多筋壁板技术方案可行，因此本发明专利发明了一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，用于航空高筋多筋壁板喷丸成形加工。

技术实现思路

1、针对传统航空高筋多筋壁板加工工艺的不足，本发明专利的目的在于提供一种满足航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，可以有效、快速地实现高筋多筋航空壁板喷丸成形加工。

2、为了实现上述技术任务，本发明采用以下技术方案：

3、一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，该高筋多筋壁板包括蒙皮和高度超过30mm至少2根筋条，筋条设置蒙皮内表面，所述航空高筋多筋壁板复合喷丸成形包括一下步骤：

4、步骤1、根据航空高筋多筋壁板结构，对壁板结构尺寸和抗弯刚度等进行几何参数分析；

5、步骤2、根据所述几何参数分析，确定航空高筋多筋壁板成形加工信息，通过诱导应力法并根据所述成形加工信息对带筋壁板外表面进行复合喷丸成形工艺参数设计；

6、步骤3、通过专用柔性夹具将待成形航空壁板夹持在激光喷丸系统加工区域，激光喷丸系统通过高能激光束对带筋处等抗弯刚度较大的地方进行喷丸成形加工；

7、步骤4、激光喷丸成形加工完成后，通过专用柔性夹具将壁板夹持在数控喷丸机床相应位置，通过数控喷丸机床对抗弯刚度较低的位置(远离筋条处)进行喷丸成形加工；

8、步骤5、完成激光喷丸和数控喷丸成形后，检查壁板成形尺寸，通过超声喷丸设备对壁板进行校形，检查符合要求后交付。

9、进一步地，在步骤1中，还需要根据壁板成形方向确定壁板抗弯刚度计算，所述壁板抗弯刚度的计算包括：以所述高筋多筋壁板带筋处抗弯计算、远离带筋处壁板抗弯刚度计算，以所述计算值绘制壁板抗弯刚度值分布。

10、进一步地，在步骤2中，根据壁板抗弯刚度值和目标成形数据划分数控喷丸和激光分为区域，并根据诱导应力法设计数控喷丸和激光喷丸工艺参数，所述数控喷丸覆盖率在20％-50％，激光喷丸搭接率在50％--80％。

11、进一步地，在步骤3中，通过专用柔性夹具可以根据设计的喷丸工艺信息对壁板进行分区域夹持，保证数控喷丸和激光喷丸成形加工的进行。同时根据成形加工过程，通过夹具调整壁板待加工位置，实现更柔性夹持和加工。

12、进一步地，在步骤4中，激光喷丸成形加工完成后壁板需要进行烘干处理，除去激光喷丸时上面的残留的水份，对已经激光喷丸加工完成的壁板面黏贴防护胶带，可以在数控喷丸过程中保护已经加工表面。

13、进一步地，在步骤5中，完成激光喷丸和数控喷丸成形后，除去表面的保护胶带，对两种喷丸成形连接区域进行超声喷丸处理，降低两区域表面差异性，对壁板超差部位进行处理，超声喷丸从壁板刚度大的部位向壁板刚度小的部位进行校形。

14、进一步地，在激光喷丸成形过程中，喷丸先从远离筋条位置开始；在数控喷丸成形加工过程中，喷丸从壁板边缘向带筋方向进行，在两筋条之间部分，喷丸从壁板外缘向内部进行。

15、进一步地，航空壁板抗弯刚度e为材料弹性模量，h为壁板试件厚度，υ为泊松比。

16、喷丸加工中，通过航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，在航空高筋多筋复合喷丸成形后，实现复合喷丸成形轮廓与对应目标轮廓距离误差小于±0.5mm

17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

18、1、本发明提供了一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，可以实现航空高筋多筋壁板喷丸成形，同时根据壁板结构分析结合本方法，可以实现多种尺寸高筋壁板和多筋壁板喷丸成形。

19、2、同现有技术相比，本发明通过壁板结构和壁板抗弯刚度分析，结合诱导应力法可以快速规划壁板复合喷丸区域和喷丸路径，快速设计高筋多筋壁板复合喷丸工艺，节省设计工艺和加工时间。

20、3、该发明同时结合超声喷丸技术对成形后的高筋多筋壁板进行校形，可以快速完成壁板加工，同时提高壁板表面质量，并控制成形误差保持在一定范围内。

技术特征：

1.一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，该高筋多筋壁板包括蒙皮和高度超过30mm至少2根筋条，筋条设置蒙皮内表面，所述航空高筋多筋壁板复合喷丸成形包括一下步骤：

2.如权利要求1所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在步骤1中，还需要根据壁板成形方向确定壁板抗弯刚度计算，所述壁板抗弯刚度的计算包括：以所述高筋多筋壁板带筋处抗弯计算、远离带筋处壁板抗弯刚度计算，以所述计算值绘制壁板抗弯刚度值分布。

3.如权利要求1所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在步骤2中，根据壁板抗弯刚度值和目标成形数据划分数控喷丸和激光分为区域，并根据诱导应力法设计数控喷丸和激光喷丸工艺参数，所述数控喷丸覆盖率在20％-50％，激光喷丸搭接率在50％--80％。

4.如权利要求1所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在步骤3中，通过专用柔性夹具可以根据设计的喷丸工艺信息对壁板进行分区域夹持，保证数控喷丸和激光喷丸成形加工的进行。同时根据成形加工过程，通过夹具调整壁板待加工位置，实现更柔性夹持和加工。

5.如权利要求1所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在步骤4中，激光喷丸成形加工完成后壁板需要进行烘干处理，除去激光喷丸时上面的残留的水份，对已经激光喷丸加工完成的壁板面黏贴防护胶带，可以在数控喷丸过程中保护已经加工表面。

6.如权利要求1所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在步骤5中，完成激光喷丸和数控喷丸成形后，除去表面的保护胶带，对两种喷丸成形连接区域进行超声喷丸处理，降低两区域表面差异性，对壁板超差部位进行处理，超声喷丸从壁板刚度大的部位向壁板刚度小的部位进行校形。

7.如权利要求3所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，在激光喷丸成形过程中，喷丸先从远离筋条位置开始；在数控喷丸成形加工过程中，喷丸从壁板边缘向带筋方向进行，在两筋条之间部分，喷丸从壁板外缘向内部进行。

8.如权利要求3所述的一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，其特征在于，航空壁板抗弯刚度e为材料弹性模量，h为壁板试件厚度，υ为泊松比。

技术总结
本发明属于航空制造领域，尤其涉及一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，包括：激光喷丸成形、数控机械喷丸成形和超声喷丸校形三部分部分，基于航空高筋多筋壁板专用柔性夹具实现。根据航空高筋多筋壁板抗弯刚度等结构分析，通过诱导应力法设计壁板结合数控喷丸成形和激光喷丸成形技术的复合喷丸工艺，对壁板待喷丸面进行区域划分和喷丸路径进行设计。通过专用柔性夹具将待成形航空壁板夹持在激光喷丸系统加工区域，激光喷丸系统通过高能激光束对带筋处等抗弯刚度较大的地方进行喷丸成形加工；激光喷丸成形加工完成后，通过专用柔性夹具将壁板夹持在数控喷丸机床相应位置，通过数控喷丸机床对抗弯刚度较低的位置(远离筋条处)进行喷丸成形加工；完成激光喷丸和数控喷丸成形后，检查壁板成形尺寸，通过超声喷丸设备对壁板进行校形，检查符合要求后交付。本发明提供了一种航空高筋多筋壁板复合喷丸成形加工方法，可实现航空高筋多筋壁板的成形，通过专用柔性夹具避免复合喷丸过程中出现二次装夹，从精确定位上保证壁板外形成形精度，实现复合喷丸成形轮廓与对应目标轮廓距离误差精度(±0.5mm)。

技术研发人员：李龙,刘鲁腾,鲁世红,李艳青
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4