一种结构壁板的成型装置及成型方法与流程

本发明涉及钣金制作技术领域，特别涉及一种结构壁板的成型装置及成型方法。

背景技术：

喷丸成形是一种从喷丸强化工艺延伸出来的钣金成形工艺，因其具有工艺装备简单，无需专用的模具或压力装置，成形方法较为灵活的优点，已经在工业生产中得到了广泛的应用，特别是在航空航天领域中，喷丸成型已成为钣金制作的首选成形制造工艺。

目前，喷丸成形工艺均未进行预弯成形处理，导致喷丸成形后的结构壁板尺寸精度差，放置一段时间后因结构回弹造成结构壁板装配尺寸超差而无法使用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构壁板的成型装置及成型方法，能够保证结构壁板的尺寸精度，进而使结构壁板的制作质量得到保证。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种结构壁板的成型装置，包括：架体、连接部件、顶压装置和喷丸装置；所述架体包括顶板、底板和立柱，所述顶板和所述底板间隔设置并通过所述立柱固定连接，使所述顶板和所述底板之间形成工作空间；所述结构壁板位于所述工作空间内，并通过所述连接部件固定连接在所述底板上，所述顶压装置设在所述结构壁板与所述底板之间，并连接在所述底板上，所述顶压装置能够向所述结构壁板施加挤压力，以使所述结构壁板朝向远离所述底板的方向弯曲，所述喷丸装置位于所述顶板和所述结构壁板之间，并连接在所述顶板上，用以向所述结构壁板背对所述底板的表面喷射弹丸。

较优地，所述喷丸装置的喷射口与所述顶压装置朝向所述结构壁板施加挤压力的位置相对应；所述喷丸装置的喷射出弹丸的运动轨迹与所述顶压装置向所述结构壁板施加的挤压力的方向形成夹角α，并且40º≤α≤90º。

较优地，所述顶压装置可活动连接在所述底板上，以使所述顶压装置能够在所述底板上运动，所述喷丸装置可活动连接在所述顶板上，所述喷丸装置能够与所述顶压装置同步运动，以使所述喷丸装置能够实时与所述顶压装置对应；所述顶压装置的数量为两个，两个所述顶压装置在所述底板上的运行轨迹相互垂直，所述喷丸装置的数量为两个，两个所述喷丸装置分别与两个所述顶压装置相对应。

较优地，所述顶压装置具有用以抵接所述结构壁板的压头，以使所述顶压装置通过所述压头向所述结构壁板施加挤压力；所述压头与所述结构壁板抵接的表面形状为朝向所述结构壁板凸起并且半径为r的弧形，并且；

其中，ν为结构壁板材料的泊松比,e为结构壁板材料的弹性模量,h为整体壁板材料的壁厚，σs为结构壁板材料的屈服强度。

较优地，还包括第一控制器、压力罐、油压装置和压力连通阀；所述顶压装置包括油压装置，所述油压装置与所述压头传动连接，所述压力罐与所述油压装置连通，并与所述第一控制器电连接，所述第一控制器控制所述压力罐将压力传递给所述油压装置，以使所述油压装置驱动所述压头向所述结构壁板施加挤压力；所述压力罐通过所述压力连通阀与所述油压装置连通，所述压力连通阀与所述第一控制器电连接，所述第一控制器控制所述压力连通阀的开启量，以使所述压力罐输出的压力能够通过所述压力连通阀调整后传递给所述油压装置。

较优地，所述喷丸装置具有电磁发生器，所述电磁发生器能够产生脉冲的电磁力，所述喷丸装置通过所述电磁发生器产生电磁力将弹丸从所述喷丸装置中喷出。

较优地，所述电磁发生器产生的电磁力的脉冲频率为200hz至450hz；和/或，还包括第二控制器；所述第二控制器与所述电磁发生器电连接，所述第二控制器将电能传输至所述电磁发生器，以使所述电磁发生器产生电磁力；和/或，所述喷丸装置还包括电磁感应器和电流换能器；所述第二控制器依次通过所述电磁感应器和所述电流换能器与所述电磁发生器电连接，以使所述第二控制器能够依次通过所述电磁感应器和所述电流换能器向所述电磁发生器传输电能。

一种结构壁板的成型方法，使用以上任意技术特征的结构壁板的成型装置，包括：预弯曲步骤，通过顶压装置向结构壁板施加挤压力，以使结构壁板形成弯曲；喷丸步骤，通过喷丸装置向结构壁板背对顶压装置的表面上形成弯曲的部位进行喷丸冲击。

较优地，所述结构壁板的成型装置还包括第一控制器、压力罐、油压装置和压力连通阀；所述顶压装置包括压头和油压装置，所述油压装置与所述压头传动连接，所述压力罐与所述油压装置连通，并与所述第一控制器电连接，所述第一控制器控制所述压力罐将压力传递给所述油压装置，以使所述油压装置驱动所述压头向所述结构壁板施加挤压力，所述压力罐通过所述压力连通阀与所述油压装置连通，所述压力连通阀与所述第一控制器电连接，所述第一控制器控制所述压力连通阀的开启量，以使所述压力罐输出的压力能够通过所述压力连通阀调整后传递给所述油压装置；在预弯曲步骤中包括，通过第一控制器对油压装置进行控制。

较优地，所述喷丸装置具有电磁发生器，所述电磁发生器能够产生脉冲的电磁力，所述喷丸装置通过所述电磁发生器产生电磁力将弹丸从所述喷丸装置中喷出；在喷丸步骤中包括，调整电磁发生器产生电磁力的脉冲频率。

本发明的结构壁板的成型装置通过采用所述顶压装置设在所述结构壁板与所述底板之间，并连接在所述底板上，所述顶压装置能够向所述结构壁板施加挤压力，以使所述结构壁板朝向远离所述底板的方向弯曲，所述喷丸装置位于所述顶板和所述结构壁板之间，并连接在所述顶板上，用以向所述结构壁板背对所述底板的表面喷射弹丸的技术方案，能够在喷丸之前对结构壁板进行与弯曲成型，避免因结构回弹造成结构壁板装配尺寸超差，保证结构壁板的尺寸精度，进而使结构壁板的制作质量得到了保证。

附图说明

图1为实施例一中的结构壁板的成型装置的结构示意图。

图2为图1中的顶压装置控制结构示意图。

图3为图1中的喷丸装置控制结构示意图。

图4为实施例二中的结构壁板的成型方法流程图。

图5为采用实施例二中制作的结构壁板不同表层深度残余应力测试结果。

图中：1-架体；11-顶板；12-底板；14-立柱；2-连接部件；3-顶压装置；31-压头；32-第一控制器；33-压力罐；34-油压装置；35-压力连通阀；4-喷丸装置；41-喷射口；42-电磁发生器；43-第二控制器；44-电磁感应器；45-电流换能器；5-结构壁板；6-弹丸集中器；61-弹丸。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的结构壁板的成型装置及成型方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，一种结构壁板的成型装置，包括：架体1、连接部件2、顶压装置3和喷丸装置4。架体1包括顶板11、底板12和立柱14，顶板11和底板12间隔设置并通过立柱14固定连接，使顶板11和底板12之间形成工作空间。结构壁板5（例如：整体壁板）位于工作空间内，并通过连接部件2固定连接在底板12上，顶压装置3设在结构壁板5与底板12之间，并连接在底板12上，顶压装置3能够向结构壁板5施加挤压力，以使结构壁板5朝向远离底板12的方向弯曲。在实际制作中，连接部件2的数量为两个以上，并且两个以上连接部件2环绕顶压装置3，这样当顶压装置3向结构壁板5施加挤压力时，能够与两个以上连接部件2的拉力共同作用使结构壁板5朝向远离底板12的方向弯曲。喷丸装置4位于顶板11和结构壁板5之间，并连接在顶板11上，用以向结构壁板5背对底板12的表面喷射弹丸61。

在实际工作中如图3所示，弹丸61被存放在弹丸集中器6中，弹丸61可以为直径为2mm至6mm的asr660铸钢丸，但并不仅限于此。其中弹丸61流量为150lb.min^-1，抛丸有效宽度为80mm。制作时，将弹丸集中器6与喷丸装置4连通，以使弹丸集中器6中的弹丸61能够连续进入喷丸装置4，并从喷丸装置4的喷射口41喷出射向结构壁板5背对底板12的表面。采用这样的技术方案，与现有技术中喷丸成形工艺相比，进行了预弯曲处理，结构壁板5的成形尺寸精度高，且在喷丸成形过程中，弹丸61在诱导塑性变形完成结构壁板5成形的同时，也消除了结构壁板预弯处理时引入的残余应力，双结构壁板在完成成形后，结构回弹极小，结构尺寸稳定性好，成形尺寸精度得到显著提高。

其中，喷丸装置4的喷射口41与顶压装置3朝向结构壁板5施加挤压力的位置相对应。这样可实现对结构壁板5同一部位的“定点-定面”精准喷丸成形，成形精度高，成形尺寸可控。在实际使用时，如图1所示，喷丸装置4的喷射出弹丸的运动轨迹与顶压装置3向结构壁板5施加的挤压力的方向形成夹角α，并且40º≤α≤90º。

具体地，顶压装置3可活动连接在底板12上，以使顶压装置3能够在底板12上运动，喷丸装置4可活动连接在顶板11上，喷丸装置4能够与顶压装置3同步运动，以使喷丸装置4能够实时与顶压装置3对应。更优地，顶压装置3的数量为两个，两个顶压装置3在底板12上的运行轨迹相互垂直，喷丸装置4的数量为两个，两个喷丸装置4分别与两个顶压装置3相对应。这样能够通过两个顶压装置3在两个维度运动来调整两个顶压装置3对结构壁板5施加挤压力的位置上，能够实现结构壁板5的双曲率弯曲操作，使工作的适应能力大大提高。

下面分别对顶压装置3和喷丸装置4进行具体的介绍：

一、顶压装置3

如图2所示，顶压装置3具有用以抵接结构壁板5的压头31，以使顶压装置3通过压头31向结构壁板5施加挤压力。在具体制作时，可以使压头31与结构壁板5抵接的表面形状为朝向结构壁板5凸起并且半径为r的弧形，并且，其中，ν为结构壁板5材料的泊松比,e为结构壁板5材料的弹性模量,h为整体壁板材料的壁厚，σs为结构壁板5材料的屈服强度。发明人经过有限次的试验和计算得出结论，采用这样的技术方案，能够使结构壁板5的弯曲面更加平滑，避免出现硬折弯的现象出现。

作为一种可实施方式，如图2所示，还包括第一控制器32、压力罐33和油压装置34，顶压装置3包括油压装置34，油压装置34与压头31传动连接，压力罐33与油压装置34连通，并与第一控制器32电连接，第一控制器32控制压力罐33将压力传递给油压装置34，以使油压装置34驱动压头31向结构壁板5施加挤压力。其中压力罐33的承压范围为10mpa～50mpa。第一控制器32可以是数控伺服器，采用数控伺服器对预弯曲成形顶头的预弯成形路径、预弯成形力、预弯成形半径等工艺参数实现了高精度可控操作，结构壁板5的成形精度得到可控可调，结构壁板5的成形复杂程度得到改善和提高。

进一步地，还包括压力连通阀35，压力罐33通过压力连通阀35与油压装置34连通，压力连通阀35与第一控制器32电连接，第一控制器32控制压力连通阀35的开启量，以使压力罐33输出的压力能够通过压力连通阀35调整后传递给油压装置34。其中压力连通阀35的压力传输精度控制范围为0.005mpa.s^-1～0.02mpa.s^-1。使用中通过计算结构壁板5不同成形区域的预弯曲半径，第一控制器32给压力罐33传输数控信号，同时打开压力连通阀35，压力从压力罐33通过气压管路传输至油压装置34，第一控制器32释放电路控制信号至油压装置34,油压装置34释放压力驱动压头31完成结构壁板5的预弯曲成形，完成预弯处理后第一控制器32释放电路控制信号，关闭压力连通阀35，控制压头31的成形精度。

二、喷丸装置4

如图3所示，喷丸装置4具有电磁发生器42，电磁发生器42能够产生脉冲的电磁力，喷丸装置4通过电磁发生器42产生电磁力将弹丸从喷丸装置4中喷出。其中，电磁发生器42产生的电磁力的脉冲频率为200hz至450hz。

作为一种可实施方式，如图3所示，还包括第二控制器43（可以是电流控制器）。第二控制器43与电磁发生器42电连接，第二控制器43将电能传输至电磁发生器42，以使电磁发生器42产生电磁力。在实际工作中可通过第二控制器43调整并控制电磁发生器42的脉冲频率，弹丸61喷射速度、喷射角度、有效作用宽度、弹丸61流量等工艺参数，较之现有技术的喷丸成形工艺，控制精度得到了明显的提升。进一步地，如图3所示，喷丸装置4还包括电磁感应器44和电流换能器45；第二控制器43依次通过电磁感应器44和电流换能器45与电磁发生器42电连接，以使第二控制器43能够依次通过电磁感应器44和电流换能器45向电磁发生器42传输电能。第二控制器43根据弹丸61所需的动能调节释放电流的大小，并将释放的电流传输至电磁感应器44，电磁感应器44将集聚的电流传输至电流换能装置45，电流换能装置45完成电流的整流与能量交换，并将变换平稳的电流能量传输至电磁发生器42,电磁发生器42完成能量转换，将电能转换为机械能，以特定的脉冲频率不断释放机械能，电磁发生器42释放的机械能不断冲击从弹丸集中器6进入喷丸装置4中的弹丸61，弹丸61吸收电磁发生器42释放的能量后，以高速从喷射口41不断射出。

实施例二

一种结构壁板的成型方法，使用实施例一中所描述的结构壁板的成型装置，如图4所示，包括：预弯曲步骤s100、通过顶压装置向结构壁板施加挤压力，以使结构壁板形成弯曲；喷丸步骤s200、通过喷丸装置向结构壁板背对顶压装置的表面上形成弯曲的部位进行喷丸冲击。采用这样的技术方案，与现有技术中喷丸成形工艺相比，进行了预弯曲处理，结构壁板的成形尺寸精度高，且在喷丸成形过程中，弹丸在诱导塑性变形完成结构壁板成形的同时，也消除了结构壁板预弯处理时引入的残余应力，双结构壁板在完成成形后，结构回弹极小，结构尺寸稳定性好，成形尺寸精度得到显著提高。

作为一种可实施方式，结构壁板的成型装置还包括第一控制器、压力罐、油压装置和压力连通阀。顶压装置包括压头和油压装置，油压装置与压头传动连接，压力罐与油压装置连通，并与第一控制器电连接，第一控制器控制压力罐将压力传递给油压装置，以使油压装置驱动压头向结构壁板施加挤压力，压力罐通过压力连通阀与油压装置连通，压力连通阀与第一控制器电连接，第一控制器控制压力连通阀的开启量，以使压力罐输出的压力能够通过压力连通阀调整后传递给油压装置。

在预弯曲步骤s100中包括，通过第一控制器对油压装置进行控制。具体做法是：使用中通过计算结构壁板5不同成形区域的预弯曲半径，第一控制器32给压力罐33传输数控信号，同时打开压力连通阀35，压力从压力罐33通过气压管路传输至油压装置34，第一控制器32释放电路控制信号至油压装置34,油压装置34释放压力驱动压头31完成结构壁板5的预弯曲成形，完成预弯处理后第一控制器32释放电路控制信号，关闭压力连通阀35，控制压头31的成形精度。

作为一种可实施方式，喷丸装置具有电磁发生器，电磁发生器能够产生脉冲的电磁力，喷丸装置通过电磁发生器产生电磁力将弹丸从喷丸装置中喷出。在喷丸步骤中包括，调整电磁发生器产生电磁力的脉冲频率。其中脉冲频率的调整范围为200hz至450hz之间。采用脉冲频率为360hz分别对1.5mm、2.0mm、3.0mm三种厚度结构壁板进行成型处理后对其不同表层深度的残余应力进行测量，可获得如图5所示的结构壁板不同表层深度的残余应力测试结果。

以上实施例使本发明具有能够在喷丸之前对结构壁板进行与弯曲成型，避免因结构回弹造成结构壁板装配尺寸超差，保证结构壁板的尺寸精度，进而使结构壁板的制作质量得到了保证的优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。