一种机翼壁板双曲口框结构复合喷丸成形方法与流程

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。

技术实现要素：

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：

在口框展向预应力装夹状态下对薄壁区外表面进行弦向喷丸成形后，再对口框上下两侧加厚区内表面进行展向喷丸成形，与薄壁区弦向喷丸效果不同的是，口框展向预应力装夹可使口框上下两侧加厚区产生预变形，形成展向变形诱导力，以显著提高口框上下两侧加厚区的展向变形能力，使其在较低压力、较快速度的工艺参数下能够成形出所需展向外形，从而使口框上下两侧加厚区在确保表面弹坑直径不超差、弹丸覆盖率较低的状态下获得弦展向双曲外形；同时，由于口框上下两侧加厚区厚度大、刚性强，展向变形的同时可带动薄壁区也产生展向外形，从而使薄壁区也获得弦展向双曲变形。

步骤4检查口框薄壁区波纹度并进行手动喷丸校形：

使用数显曲率仪测量口框薄壁区展向弧高值，测量跨距为薄壁区宽度，用λ表示，测量弧高值为波深，用d表示，d/λ表示波纹度，要求波纹度d/λ≦0.003，即d≦0.003λ，测量弧高值时沿展向方向，若薄壁区测量弧高值d﹥0.003λ，则对薄壁区进行手动喷丸校形，校形时采用边校边测的方式，内外表面均可校形，直至d≦0.003λ，即波纹度d/λ≦0.003。

本发明的有益效果在于，针对双曲口框结构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，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，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，同时加厚区的展向变形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，从而有效避免了口框加厚区弹丸覆盖率过高、弹坑直径超差的问题，同时，减少了预应力装夹次数，实现了弦展向一次装夹成形，此外，避免了波纹度超差问题，从而成功解决了双曲口框结构喷丸成形难题。

附图说明

图1双曲口框结构示意图1

图2双曲口框结构示意图2

图3口框薄壁区左右两侧加厚区渐近成形示意图

图4口框薄壁区左右两侧加厚区外形检查示意图

图5口框薄壁区波纹度检查示意图

图中编号说明：1、薄壁区左右两侧加厚区；2、口框上下两侧加厚区；3、薄壁区；4、外形检验样板；5、数显曲率仪。

具体实施方式

如图1-5所示，以下以某飞机外翼蒙皮典型双曲口框结构为例，说明本发明的具体实施方式。

1、对口框薄壁区左右两侧加厚区1进行弦向渐近成形。对薄壁区左右两侧加厚区1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4检查薄壁区左右两侧加厚区1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1外形曲率小于外形检验样板4外形曲率，且薄壁区左右两侧加厚区1与外形检验样板4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1外形曲率大于外形检验样板4外形曲率，且薄壁区左右两侧加厚区1与外形检验样板4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1与外形检验样板4贴合间隙不大于0.5mm。

2、对口框薄壁区3进行预应力弦向喷丸成形。对口框薄壁区3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3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2的展向外形受到影响；同时，由于薄壁区3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3表面获得低覆盖率，以进一步减少薄壁区3的球面变形趋势，且由于薄壁区3厚度薄、刚性差，喷丸时对口框上下两侧加厚区2展向外形几乎不产生影响，从而达到薄壁区3成形出所需弦向外形且不影响口框上下两侧加厚区2展向外形的目的。

3、对口框上下两侧加厚区2进行预应力展向喷丸成形。在口框区域展向预应力装夹状态下对薄壁区3外表面进行弦向喷丸成形后，再对口框上下两侧加厚区2内表面进行展向喷丸成形，与薄壁区3弦向喷丸效果不同的是，口框区域展向预应力装夹可使口框上下两侧加厚区2产生预变形，形成展向变形诱导力，以显著提高口框上下两侧加厚区2的展向变形能力，使其在较低压力、较快速度的工艺参数下能够成形出所需展向外形，从而使口框上下两侧加厚区2在确保表面弹坑直径不超差、弹丸覆盖率较低的状态下获得弦展向双曲外形；同时，由于口框上下两侧加厚区2厚度大、刚性强，展向变形的同时可带动薄壁区3也产生展向外形，从而使薄壁区3也获得弦展向双曲变形。

4、检查薄壁区3波纹度并进行手动喷丸校形。使用数显曲率仪5测量口框薄壁区3展向弧高值，测量跨距为薄壁区3宽度，用λ表示，测量弧高值为波深，用d表示，d/λ表示波纹度，要求波纹度d/λ≦0.003，即d≦0.003λ，测量弧高值时沿展向方向，若薄壁区3测量弧高值d﹥0.003λ，则对薄壁区3进行手动喷丸校形，校形时采用边校边测的方式，内外表面均可校形，直至d≦0.003λ，即波纹度d/λ≦0.003。

通过以上步骤的实施，成功解决了机翼壁板双曲口框结构喷丸成形加工中存在的弹丸覆盖率过高、弹坑直径超差、波纹度超差等问题，且实现了弦展向一次装夹，有效提高了产品质量和生产效率，弥补了常规喷丸成形在双曲口框结构加工上的不足，实现了喷丸成形技术水平进一步提升。