专利名称：带筋结构件的喷丸成形方法
技术领域：
本发明属于喷丸成形技术，涉及一种带筋结构件的喷丸成形方法。
背景技术：
喷丸成形技术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向受 喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的-一种成形方法。该技术始于二十 世纪五十年代初期，并随着飞机整体壁板零件的广泛应用而逐步发展起 来。由于此种成形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，非常适合于小批量生产，因此，喷丸成形方法被大量应用于 飞机的机翼、机身以及运载火箭燃料箱等的壁板成形中。然而，对于带 筋结构件的弯曲成形，目前，主要采用压弯或滚弯的成形方法，当筋条 较高时，采用以上方法易产生失稳，致使带筋结构件在弯曲成形中，在 弯曲的同时还产生扭转、挠曲和剖面畸变等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对带筋结构件做喷丸成形的带筋结 构件的喷丸成形方法。本发明的技术解决方案是，首先，将带筋结构件 的横截面分为i个图形，并用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式
-^^确定带筋结构件剖面的中性轴位置；再根据带筋结构件的外形
确定喷打区域，(1)凸形弯曲变形，
沿筋条纵向，同时对中性轴筋条一侧的两侧面及顶面进行喷丸打
击，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域；(2)凹形弯曲变形，
沿筋条纵向，同时对中性轴靠近蒙皮一侧的筋条两侧面及筋条所对
应蒙皮的外表面与筋条宽度相同的区域进行喷丸打击，在喷丸成形的同
时遮蔽非喷打区域。
当带筋结构件所需的弯曲变形量较大时，采用的喷丸方法是，首先，
将带筋结构件的横截面分为i个图形，并用材料力学中计算截面图形的
形心坐标公式<formula>formula see original document page 3</formula>确定带筋结构件剖面的中性轴位置；(二)将带筋结构件放到预应力夹具上，沿筋条方向对带筋结构件施加弹性预弯 力，预弯力的大小应低于零件材料屈服极限的75%;
(三)根据带筋结构件的外形确定喷打区域，(1)凸形弯曲变形，
沿筋条纵向，对中性轴靠近筋条顶部一侧的筋条表面进行喷丸打 击，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域；(2)凹形弯曲变形，
沿筋条纵向，对中性轴靠近蒙皮一侧的筋条表面进行喷丸打击，同 时，喷打筋条所对应蒙皮的外表面与筋条宽度相同的区域，在喷丸成形 的同时遮蔽非喷打区域。
本发明具有的优点和有益效果，本发明通过筋条弯曲中性轴确定拉 伸变形区域为喷丸区域，同时将非喷丸区域进行遮蔽，实现了对整体带 筋结构件的喷丸弯曲成形，使带筋结构件在弯曲成形过程中，不会产生 扭转、挠曲和剖面畸变等现象；喷丸成形带筋结构件表面的残余应力为 压应力，与采用机械弯曲方法成形后表面为残余拉应力相比，可以显著 提高构件的疲劳寿命。采用本发明的方法同样适用于筋条剖面形式为 "工"字形和"1"形整体结构件的喷丸弯曲成形；通过施加纵向弯曲 力及因此产生的预先弹性变形，可显著增大带筋结构件的喷丸变形量。
图1是带筋结构件剖面弯曲中性轴示意图2是本发明带筋结构件的喷丸成形过程示意图，其中，2-a是凸 形弯曲变形过程示意图，2-b是凹形弯曲变形过程示意图。
图3是本发明带筋结构件预应力喷丸成形过程示意图，其中，3-a 是凸形弯曲变形过程示意图，3-b是凹形弯曲变形过程示意图。
具体实施例方式
第一步，采用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式
确定带筋结构件剖面的中性轴位置1，可将截面视为由几个简单图形构 成的组合图形，式中4为组合图形中第i个简单图形之面积，^'为该简 单图形的形心坐标；
第二步，根据零件所需外形，确定喷丸区域
>凸形弯曲变形，沿筋条纵向对中性轴一侧靠近筋条顶部4筋条的 三个表面2进行喷丸，如图2-a所示，可形成凸形弯曲变形，在喷丸成形的同时应遮蔽非喷打区域3，按照喷丸壁板的喷丸方法对喷丸区域进 行喷丸。
>凹形弯曲变形，沿筋条纵向对中性轴一侧靠近蒙皮5的筋条表面
2进行喷丸，同时，喷打筋条所对应蒙皮5的外表面与筋条宽度相同的 区域，如图2-b所示，形成凹形弯曲变形，在喷丸成形的同时应遮蔽非 喷打区域3，按照喷丸壁板的喷丸方法对喷丸区域进行喷丸。
为提高弯曲变形量，可在此基础之上采用预应力喷丸成形方法，其
步骤如下
第一步，采用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式；=5^
确定带筋结构件剖面的中性轴位置1;
第二步，将零件放到预应力夹具上，沿筋条方向施加弹性预弯力， 预弯力的大小应低于零件材料屈服极限的75%，以确保材料的变形在弹 性范围内，即在卸载后零件形状能完全恢复到初始状态；
第三步，根据零件所需外形，确定喷丸区域
>凸形弯曲变形，沿筋条纵向对中性轴一侧靠近筋条顶部4的全部 筋条表面2进行喷丸，可形成凸形弯曲变形，如图3-a所示，形成凸形 弯曲变形，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域3，按照喷丸壁板的喷丸 方法对喷丸区域进行喷丸；
>凹形弯曲变形，沿筋条纵向对中性轴一侧靠近蒙皮5的筋条表面 2进行喷丸，同时喷打筋条所对应蒙皮5的外表面区域，该区域宽度与 筋条宽度相同，形成凹形弯曲变形，如图3-b所示。在喷丸成形的同时 应遮蔽非喷打区域3，按照喷丸壁板的喷丸方法对喷丸区域进行喷丸。
实施例一
喷丸成形带筋结构件使其沿筋条方向形成凸形弯曲变形，材料为铝 合金2024T351，目标曲率半径为2500mm，筋条高度50mm，壁板厚10mm， 筋条厚度6 mm，壁板宽90 mm材料喷丸成形方法如下-
1)确定中性轴位置，将带筋结构件的横截面分为i个图形，并用材
料力学中计算截面图形的形心坐标公式^^5^确定带筋结构件剖面
— S '
的中性轴位置；；=^^ = ^1^±^^ = 12.5，中性轴距筋条顶部47. 5mm ;
2)沿筋条纵向对中性轴靠近筋条一侧的顶部全部筋条表面进行喷 丸，主要喷丸工艺参数为弹丸C 3. 0mm气压0. 3MPa，移动速度2000mra/s， 喷射距lOOmm。
实施例二
喷丸成形带筋结构件使其沿筋条方向形成凹形弯曲变形，材料为铝 合金2024T351，目标曲率半径为4000mm，筋条高度56咖，壁板厚4腿， 筋条厚度4腿，壁板宽70羅成形方法如下
1) 确定中性轴位置，"^ =丄0><4><2 + 56><4><32=15.3，中性轴距
70 x 4 + 56 x 4
筋条顶部44. 7mm;
2) 沿筋条纵向对中性轴一侧靠近蒙皮的筋条表面进行喷丸，同时喷 打筋条所对应蒙皮的外表面区域，该喷丸区域的宽度与筋条宽度相同。 主要喷丸工艺参数为弹丸S660气压0. 6MPa，移动速度1000腿/s，喷射 距150mm。
实施例三
喷丸成形带筋结构件使其沿筋条方向形成凸形弯曲变形，整体带筋 结构件形状为"1"材料为铝合金2024T351，目标曲率半径为2000mm， 筋条高度45mra，壁板厚9 mm，筋条厚度8 mm，筋条顶部宽度20 mm， 筋条顶部厚度6mm，壁板宽85mm采用预应力喷丸成形，成形方法如下
1) 确定中性轴位置，将带筋结构件的横截面分为i个图形，并用
材料力学中计算截面图形的形心坐标公式^ = ^^确定带筋结构件剖
— Z '
面的中性轴位置；p,,9x4.5 + 45x8x31.5 + 6_x20x57 = 174，中
S爿, 85x9 + 45x8 + 6x20
性轴距筋条顶部42. 6mm;
2) 将该零件放到预应力夹具上，沿零件筋条方向施加弹性预弯。 零件材料为2024T351，预弯力的大小按该材料的屈服极限367MPa的75% 施加，即275. 25Mpa;
3) 对中性轴一边的全部筋条表面进行喷丸，主要喷丸工艺参数为 弹丸S460气压:0. 3 0. 5MPa，移动速度1500 3500mm/s，喷射距150腿；
4) 卸掉预应力夹具。
权利要求
1. 一种带筋结构件的喷丸成形方法，其特征是，首先，将带筋结构件的横截面分为i个图形，并用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式确定带筋结构件剖面的中性轴位置；再根据带筋结构件的外形确定喷打区域，(1)凸形弯曲变形，沿筋条纵向，同时对中性轴筋条一侧的两侧面及顶面进行喷丸打击，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域；(2)凹形弯曲变形，沿筋条纵向，同时对中性轴靠近蒙皮一侧的筋条两侧面及筋条所对应蒙皮的外表面与筋条宽度相同的区域进行喷丸打击，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域。
2. 根据权利要求1所述的带筋结构件的喷丸成形方法，其特征是， 当带筋结构件所需的弯曲变形量较大时，采用的喷丸方法是，首先，将 带筋结构件的横截面分为i个图形，并用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式<formula>formula see original document page 2</formula>确定带筋结构件剖面的中性轴位置；(二)将带筋结构件放到预应力夹具上，沿筋条方向对带筋结构件施加弹性预弯力，预弯力的大小应低于零件材料屈服极限的75%;(三)根据带筋结构件的外形确定喷打区域，(1) 凸形弯曲变形，沿筋条纵向，对中性轴靠近筋条顶部一侧的筋条表面进行喷丸打击，在喷丸成形的同时遮蔽非喷打区域；(2) 凹形弯曲变形，沿筋条纵向，对中性轴靠近蒙皮一侧的筋条表面进行喷丸打击，同 时，喷打筋条所对应蒙皮的外表面与筋条宽度相同的区域，在喷丸成形 的同时遮蔽非喷打区域。
全文摘要
本发明属于喷丸成形技术，涉及一种带筋结构件的喷丸成形方法。首先，将带筋结构件的截面用材料力学中计算截面图形的形心坐标公式确定带筋结构件剖面的中性轴位置；再根据带筋结构件的外形确定喷打区域。当带筋结构件所需的弯曲变形量较大时，可将带筋结构件放到预应力夹具上，沿筋条方向对带筋结构件施加弹性预弯力，再进行喷丸成形。本发明通过筋条弯曲中性轴确定拉伸变形区域为喷丸区域，同时将非喷丸区域进行遮蔽，实现了对整体带筋结构件的喷丸弯曲成形，使带筋结构件在弯曲成形过程中，不会产生扭转、挠曲和剖面畸变等现象；本发明的方法同样适用于筋条剖面形式为“工”字形和“⊥”形整体结构件的喷丸弯曲成形。
文档编号B23P17/00GK101530959SQ20091013087
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者曾元松, 遐 黄 申请人:中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所