激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法与流程

本发明涉及航空制造领域，特指一种激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法。

发明背景

机翼是飞机机体结构制造的核心，机翼整体壁板是构成飞机气动外形的重要构件，其制造技术是航空制造水平的重要标志之一。现代民用飞机的机翼壁板已从传统的直纹面翼型发展到了复杂的双曲率超临界翼型，对机翼壁板外形精确控制技术提出了更高的要求。

机翼整体壁板制造过程的关键环节有两步：(1)板坯数控加工：板坯数控加工是将多余材料去除的减材制造过程，目的是加工出2d平板用于后续喷丸成形；板坯尺寸大、刚性弱、特征非对称是机翼整体壁板的结构特点，受残余应力影响产生的板坯铣削变形是该类零件的共性技术难题，通常需要将变形板坯恢复为平板状态；在实际生产中常采用重物校形、锤击校形、机械校形方式进行外形控制，但是都不能精确控制外形尺寸，操作不当会引入较大校形应力和表层损伤，对零件后续服役产生不利影响。(2)壁板喷丸成形：壁板喷丸成形是将2d板坯成形为3d复杂双曲率壁板的等材制造过程，目的是成形出3d曲面用于超临界机翼装配；以喷丸饱和曲线和工艺试验为依据设计出的成形工艺，其必要条件是2d无变形板坯；在壁板喷丸成形复杂双曲率的过程中，弹丸流作用区域难以精确控制、喷嘴与零件局部区域存在干涉、喷丸工艺参数与成形量对应关系模型精度有限等技术难题限制了喷丸成形的精度和效率。

综上所述，机翼整体壁板的板坯制造和壁板成形分别由数控车间与喷丸车间独立完成，变形板坯的校形和壁板复杂曲率成形也分别独立完成，降低了壁板零件加工的效率和精度。此外，传统校形方法和喷丸成形技术缺乏结构疲劳强度的保证和外形尺寸的精确控制能力。因此，针对上述问题，本发明在壁板加工的关键环节中引入超高幅值、高可控性和作用区域精确的激光喷丸技术，将变形板坯直接成形为具有复杂曲率的壁板零件，将校形与成形工艺合并为外形控制工艺，不仅提高了生产效率，而且提升了零件成形精度和疲劳寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法，将当前变形板坯的校形和壁板复杂曲率成形步骤合并，利用超高幅值、高可控性和作用区域精确的激光喷丸技术实现壁板外形尺寸的精确控制，提升壁板加工效率、成形精度和疲劳寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：以变形板坯和成形壁板的外形为参考，设置控形策略；

步骤s2：建立激光喷丸控形力学模型；

步骤s3：采用最优控形策略，将变形板坯精确成形为具有复杂曲率的机翼整体壁板。

优选的，所述步骤s1具体为：

在同坐标系下，进行变形板坯和成形壁板外形尺寸的特征向量分析，如变形板坯与成形壁板的变形方向一致，则采用正向控形策略，进行小变形逼近式控形；如变形板坯与成形壁板的变形方向相反，则采用反向控形策略，进行大变形修复式控形。

优选的，所述步骤s2具体为：

采用薄板非线性力学和激光冲击力学为理论依据，以激光喷丸参数试验为数据支撑，建立激光喷丸控形力学模型；模型计算采用深度学习算法，能够依据给定的激光喷丸参数和时变的壁板外形进行高效率迭代运算，精确预测壁板的外形尺寸，尺寸工差±1mm。

优选的，所述步骤s3具体为：

以最小变形功为评价指标，在初始外形(变形板坯)和最终外形(成形壁板)的特征向量分析之差中，计算最小变形功的加载路径即为最优控形策略；以力学模型在线预测结构外形，以激光喷丸多自由度加载为手段，将变形板坯精确成形为具有复杂曲率的机翼整体壁板。

本发明将变形板坯校形与壁板复杂曲率成形工艺优化为控形工艺，提升了数控加工与壁板成形之间的加工效率，以最小变形功设计最优控形策略，避免了校形与成形工艺对壁板外形多次加载的不利影响，具有高精度高效率一步精确控形的特点。

附图说明

本发明附图说明如下：

图1是本发明所提供的激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法具体实施方式流程图。

图2是本发明所提供的激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法步骤s1中策略1。

图3是本发明所提供的激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法步骤s1中策略2。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提出的激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法包括以下步骤：

步骤s1：以变形板坯和成形壁板的外形为参考，设置控形策略；

机翼整体壁板的板坯由铝合金预拉伸板铣削加工而成，将导致板坯产生变形，如图2中的1和图3中的3。

板坯需要精确成形为具有复杂双曲率的机翼整体壁板，如图2、图3中的马鞍形双曲面。

在同坐标系下，进行变形板坯和成形壁板外形尺寸的特征向量分析，如变形板坯与成形壁板的变形方向一致，如图2所示，则采用正向控形策略，进行小变形逼近式控形，避免了先修复板坯变形，然后再成形的多次板坯变形；

如变形板坯与成形壁板的变形方向相反，如图3所示，则采用反向控形策略，进行大变形修复式控形。

步骤s2具体为：建立激光喷丸控形力学模型；

采用薄板非线性力学和激光冲击力学为理论依据，以激光喷丸参数试验为数据支撑，建立激光喷丸控形力学模型；模型计算采用深度学习算法，能够依据给定的激光喷丸参数和时变的壁板外形进行高效率迭代运算，精确预测壁板的外形尺寸，尺寸工差±1mm。

所述步骤s3具体为：采用最优控形策略，将变形板坯精确成形为具有复杂曲率的机翼整体壁板。

以最小变形功为评价指标，在初始外形(变形板坯)和最终外形(成形壁板)之差中，计算最小变形功的加载路径即为最优控形策略；以力学模型在线预测结构外形，以激光喷丸多自由度加载为手段，将变形板坯精确成形为具有复杂曲率的机翼整体壁板。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法，包括以下步骤：以变形板坯和成形壁板的外形为参考，设置控形策略；建立激光喷丸控形力学模型；采用最优控形策略，将变形板坯精确成形为具有复杂曲率的机翼整体壁板。本发明所提供的激光喷丸机翼整体壁板外形控制方法，建立了壁板激光喷丸控形的精确预测模型，使得控形策略建立和优化目标明确，将壁板校形和成形工艺简化为外形精确控制工艺，实施流程自动化且高精度高效率，适用于航空大型薄板类零件的小批量专用生产。

技术研发人员：张永康;张峥;杨智帆;杨青天;关蕾
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2017.04.06
技术公布日：2017.07.18