[发明专利]一种机翼壁板双曲口框结构复合喷丸成形方法

说明书

本发明公开了一种机翼壁板双曲口框结构复合喷丸成形方法，通过对口框加厚区采用渐近成形，使其实现弦向单曲变形，之后在预应力状态下依次对口框薄壁区和加厚区采用喷丸成形，让薄壁区先获得弦向外形，然后使加厚区产生展向变形从而获得双曲外形，同时加厚区展向变形进一步带动薄壁区产生展向变形，使其也获得双曲外形，最后使用数显曲率仪检查薄壁区波纹度并进行局部手动校形，从而使口框结构获得弦展向双曲外形并且表面弹坑直径、波纹度等满足设计要求。

技术领域

本发明涉及飞机机翼壁板喷丸成形技术领域，特别是带口框复杂双曲外形机翼壁板的喷丸成形加工。

背景技术

喷丸成形是指利用高速运动弹丸流对金属表面的冲击而使金属表层材料产生微观塑性变形，并引入残余压应力层，大量微观塑性变形积累最终使零件产生宏观塑性变形的一种成形工艺，其适用于现代大中型飞机机翼壁板，特别是复杂双曲壁板的成形加工，具有抑制喷丸球面变形趋势、提高喷丸成形极限等显著特点。然而，喷丸成形也存在一定的局限性，如对于复杂双曲壁板上连续口框结构，由于口框周边为加厚条带区，厚度大、宽度小且外形剧烈，导致可实现双曲变形的喷丸面积极少，喷丸可产生的塑性延展变形量极为有限，喷丸时必须在预应力状态下采用大直径弹丸并施以大压力、慢速度的工艺参数进行多次打击才能实现弦向成形，这就势必造成口框加厚区弹丸覆盖率过高，后续无喷丸校形塑性变形空间，且表面弹坑直径超差，同时，由于球面变形效应，加厚区弦向成形后口框呈球面外形，内表面展向成形同样必须在大压力、慢速度的工艺参数下进行，这就进一步导致口框区弹丸覆盖率过高，大大压缩了后续校形空间。此外，口框之间为薄壁区，与相邻口框加厚区刚性差异大，是整个壁板上“薄壳效应”最严重区域，对薄壁区采用喷丸成形，喷丸应力层会使材料表层硬化，甚至会穿透薄壁区，使得材料中间弹性层较少甚至无弹性层，导致口框薄厚区喷丸残余应力分布不均匀，喷丸外形不连续，即波纹度超差，因此薄壁区几乎不可以使用大直径弹丸喷丸成形，也不可以使用小直径弹丸高覆盖率强化。针对上述难题，亟需结合现有喷丸成形工艺，设计一种新型有效的成形方法，以解决双曲口框结构喷丸成形难题，进一步提升复杂外形机翼壁板喷丸成形技术水平。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种复合喷丸成形方法，通过对口框加厚区采用渐近成形，使其实现弦向单曲变形，之后在展向预应力状态下依次对口框薄壁区和加厚区采用喷丸成形，使薄壁区和加厚区均获得弦展向双曲外形，最后使用数显曲率仪检查薄壁区波纹度并进行局部手动校形，确保波纹度满足设计要求。

一种机翼壁板双曲口框结构复合喷丸成形方法，包括以下步骤：

步骤1对口框薄壁区左右两侧加厚区进行弦向渐近成形：

对薄壁区左右两侧加厚区在压弯成形机床上进行弦向渐近成形，成形过程中使用外形检验样板检查薄壁区左右两侧加厚区弦向外形曲率，采用边压边测的方式控制材料塑性变形，若薄壁区左右两侧加厚区外形曲率小于外形检验样板外形曲率，且薄壁区左右两侧加厚区与外形检验样板贴合间隙大于0.5mm，则多次进行压弯，直至贴合间隙不大于0.5mm；若薄壁区左右两侧加厚区外形曲率大于外形检验样板外形曲率，且薄壁区左右两侧加厚区与外形检验样板贴合间隙大于0.5mm，则进行回压，确保薄壁区左右两侧加厚区与外形检验样板贴合间隙不大于0.5mm。

步骤2对口框薄壁区进行预应力弦向喷丸成形：

对口框薄壁区外表面进行弦向喷丸成形，喷丸前对口框区域进行展向预应力装夹，使口框呈现出展向外形，即“马鞍”外形，以抑制薄壁区喷丸时外表面产生的球面变形效应，避免口框上下两侧加厚区的展向外形受到影响；同时，由于薄壁区厚度薄，最小仅2mm，可采用小尺寸弹丸、低压力、快速度的工艺参数进行喷丸，使薄壁区表面获得低覆盖率，以进一步减少薄壁区的球面变形趋势，且由于薄壁区厚度薄、刚性差，喷丸时对口框上下两侧加厚区展向外形几乎不产生影响，从而达到薄壁区成形出所需弦向外形且不影响口框上下两侧加厚区展向外形的目的。

步骤3对口框上下两侧加厚区进行预应力展向喷丸成形：