[发明专利]一种纤维-金属超混杂复合层板机械喷丸成形及强化方法

说明书

本发明公开了一种纤维‑金属超混杂复合层板机械喷丸成形及强化方法，通过铣切法进行裁剪，通过粘接固定方式进行层板固定后，使用喷丸强度低于0.25A的喷丸工艺对复合材料表面进行60%‑100%覆盖率下的喷丸成形，控制其喷丸表面获得低于200MPa的压应力；通过超声波C扫和检具进行损伤和曲率检测分析，最终校形；该方法是目前针对纤维‑金属超混杂复合材料提出的唯一柔性无模成形方法，成本低、灵活度高，为该类复合材料双曲率、多曲率构件的成形提供了有效的解决方法，显著提高了材料的静强度和疲劳性能；该方法可满足航空、航天工业对该类复合材料大尺寸复杂构件的迫切需求；为其它层状复合材料的塑性成形提供了较好的思路。

技术领域

本发明属于先进复合材料的成形技术领域，尤其涉及一种纤维-金属超混杂复合层板机械喷丸成形及强化方法。

背景技术

纤维-金属超混杂复合材料是一种由金属薄板和纤维复合材料交替铺层后，在一定的温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料。其综合了传统纤维复合材料和金属材料的特点，具有高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能以及高的损伤容限，这些优势使得该类材料已在航空航天工业中获得了广泛的应用，并在轨道交通、汽车及其它工业领域具有很大的应用潜质。

纤维-金属超混杂复合材料构件的成形一般具有两个思路，即在热压固化前或固化的同时，成形出目标形状；或针对已热压罐制备的Glare平板，开展其后续成形。

根据第一种思路，代尔夫特理工大学提出了所谓的自成形技术(Self-formingtechnique)，并将其广泛应用于飞机机身、机翼壁板用超混杂复合材料构件的成形。自成形技术是将纤维-金属超混杂复合材料在具有目标形状尺寸的模具中铺贴、热压罐固化，以在材料制备的同时即获得有曲率的形状。然而，自成形仅能制造曲率较小的单曲率构件，无法成形更复杂的双曲率或多曲率构件；同时，该工艺需在材料热压罐固化的同时进行成形，其成形加工的灵活性小，模具成本高。不仅如此，自成形工艺的回弹问题显著，需进行经验性的反复修模，增大模具制造成本。中国专利CN201410056071.3公开了一种名称为“Glare构件的制备成形方法”发明专利，但该专利无法在热压罐中进行制备，所获得的纤维-金属超混杂复合材料会存在显著缺陷，无法达到航空航天构件的制造要求。

除了自成形技术，较多研究也集中于纤维-金属超混杂复合材料在完成热压罐制备后的后续成形方法；但由于纤维的破坏应变小，导致材料的成形极限远小于相应的金属材料，并易于产生层间破坏，成形难度大。对于单曲率构件，一般采用滚弯成形；而对于双曲率构件，目前主要采用拉伸成形。但由于纤维-金属超混杂复合材料的破坏应变很小，滚弯和拉伸成形时的工艺窗口小，构件形状受到很大限制。

喷丸是利用高速喷射的弹丸流撞击金属构件表面，使其产生变形、表面强化及表面清理的技术，是一种多次表面冲击形式的冷处理过程。根据喷丸的目的，主要可分为喷丸成形和喷丸强化两种。其中，喷丸成形是在弹丸高速撞击金属薄板表面的过程中，使受喷表面发生塑性变形，形成残余应力，并逐步使构件达到其目标曲率要求的成形方法。其作为一种无模成形工艺，具有准备周期短、成本低、加工长度不受设备规格限制、工艺过程稳定及再现性好、加工件抗疲劳寿命长和抗应力腐蚀性能等优点。

中国专利CN 201520006846公开了一种名称为“一种双金属复合管的喷丸成形装置”发明专利，该专利主要由高速螺旋喷丸器及移动装置组成。该专利成形形状单一，无法制备多层结构的复杂零件，用途局限大，更重要的是，仅适用于单纯金属层板的喷丸成形，并不适用于纤维-金属超混杂复合材料的成形，且也未实现工程化应用。