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喷丸成形是通过高速运动的金属弹丸转达能量 ，大宗弹丸撞击作用的荟萃使得板件受喷外貌形成麋集凹坑 ，当外貌凹坑抵达饱和时 ，板件表层质料线性延伸阻止 ，变形水平不再增添 ，因此喷丸成形的变形量有一定限制 ，只能适用于相对厚度较小 ，形状平缓的壁板。近十几年来 ，人们通过种种途径一直想法提高喷丸成形能力极限 ，主要要领有：接纳大直径弹丸（Φ10mm） ，增添单位时间内弹丸流量 （可抵达200kg/min） ，接纳气动直压式禾窄叶轮抛丸手艺提高弹丸喷射速率等。而预应力喷丸成形是为相识决机翼壁板马鞍型区域成形难题而生长起来的 ，从大宗试验研究中人们逐渐发明预应力的使用不但能提高壁板在喷丸中成形偏向的可控性 ，并且在相同喷丸强度下 ，与自由状态喷丸的成形相比 ，可提高喷丸成形极限达30%~50% ，极大提高了喷丸成形在大型壁板成形中的顺应能力。
1. 预应力喷丸成型原理
预应力喷丸成型是指在预应力夹具上对板件先举行弹性预弯 ，板件在弯矩作用下爆发弯曲 ，然后在板件的受拉外貌举行喷丸的成形要领。预应力喷丸时 ，受喷外貌是在拉应力状态下接受弹丸撞击 ，与自由状态相比 ，这种拉应力有助于受喷质料的延伸 ，同时加深压应力层的深度 ，加大了压应力层中剩余压应力的平均值 ，包管了板件能够凭证要求偏向成形。施加预应力的历程是弹性变形 ，应力与应变之间的关系切合弹性本构方程 ，外表层应力双向受拉 ，内表层应力双向受压。
大型壁板的预应力喷丸成形一样平常可分为弦向（横向）和展向（纵向）两种方法 ，大型壁板在弦向预弯状态接受喷丸时 ，相当于两种应力应变状态的叠加 ，使得板材表层横向拉应变增大 ，约即是预弯应变与喷丸应变之和 ，内表层压应变也增大 ，从而抵达增添弦向变形的目的 ，在弦向预弯状态下 ，展向只相当于自由喷丸状态 ，以是预应力喷丸成形也能很好战胜球面变形倾向。大部分情形下 ，壁板在弦向已抵达或凌驾形状要求时 ，才举行展向预应力喷丸 ，展向形状是在预弯状态下通过对特定区域对喷放料获得。展向预弯同样加大了展向应变 ，镌汰了对弹丸攻击动能的要求 ，因此预应力喷丸成形使许多无法接纳自由状态喷丸抵达要求形状的壁板成形出了预期形状 ，有用扩大了喷丸成形工艺的使用规模。
大型壁板在外力作用下爆发弹性预弯时 ，外力势能的转变所有转化为应变能贮存于物体内部 ，随着外力的逐渐增添 ，壁板质料将履历弹性状态到塑性状态 ，而这是一个连贯历程 ，尤其航行器壁板大多接纳高强度铝合金质料 ，没有显着屈服状态 ，因此大型壁板预应力喷丸时 ，对壁板施加外力举行弹性变形的一种工艺装备 ，它不起成型模的作用 ，只是在板件的受喷外貌上爆发预定的拉应力（不凌驾质料屈服强度） ，目的是加大成形曲率 ，战胜喷丸成形球面变形倾向 ，使板件按所需偏向变形。预应力施加是凭证三点弯曲原理 ，其中有两点起到支点作用 ，另外一点施力偏向相反 ，起到极点作用。按施加预弯的方法 ，预应力夹具可分为三类：弦向施加预弯 ，展向施加预弯禾局部施加预弯。
2. 预应力夹具事情原理与总体结构
新支线飞机外翼下翼面壁板为超临界整体厚壁板 ，不但结构重大 ，并且为双曲率形状 ，成形难度极大 ，在自由状态下已凌驾喷丸成形极限 ，必需在喷丸前对其施加预应力 ，在喷丸历程中对其举行夹持。因此 ，预应力喷丸成形是新支线飞机外翼下翼面壁板喷丸成形的要害手艺。
在喷丸成形历程中 ，前期接纳卡板式预应力喷丸成形夹具（见图1）对新支线飞机外翼下翼面壁板举行预弯和夹持 ，不但工艺稳固性差、产品质量升沉大 ，并且加工周期很长。
因此 ，急需对此种长板式预应力夹具举行优化刷新 ，以提高产品质量 ，实现壁板的快速定位、装夹和施力 ，缩短壁板加工周期。
图1 卡板式预应力喷丸夹具
（一）事情缘故原由
凭证新支线飞机外翼下翼面壁板的结构和形状特点 ，预应力夹具展向禾弦向预弯接纳三点压弯的要领 ，施力巨细可随意调解（见图2）。
图2 三点压弯原理图
为知足预应力夹具的柔性要求 ，以便加工差别巨细的零件 ，如图2所示 ，施力点A ，B ，C都能够上下移动。A ，C两处移动是通过带U型槽的压板和立柱上开的等间距的孔来实现的。B点是用可装置在立柱上恣意位置的特制弓形夹来完成位置的调解。各立住上和压板、弓形夹配合的压紧螺钉通过差别长度的T形槽半圆压块来压紧壁板 ，以包管施力平衡。
（二）总体结构
预应力夹具应包括基本框架和施力体两个主要结构（见图3）。
基本框架：在机床框架上设置专用转接整体横梁（可分段设计 ，刚性毗连）用于施力体的装置 ，其中上横梁与机床框架上毗连板的距离不小于360mm ，下横梁与地面的距离不小于900mm；施力体分为弦向预弯施力体禾展向预弯施力体 ，在横梁上凭证下中壁板1~24肋位置（除23肋外）划分设置弦向施力体结构 ，在1~11肋位置设置展向施力体 ，要求1肋施力体与机床框架左端立柱的距离为2 m。施力体笔直于机床框架平面 ，在水平偏向上距离可调。
图3 夹具总体结构示意图
凭证新支线飞机外翼下翼面壁板喷丸成形的要求和特点 ，预应力夹具应知足以下要求：
（1）通用性强 ，适用于新支线外翼下翼面6项壁板在喷丸成形中的弦向和展向预弯。
（2）设计基准：对机翼壁板设计弦平面举行适当平移 ，与机床框架平面重合 ，并包管在机床框架两侧壁板翘曲量均不大于150mm。
（3）要求在正常使用时 ，夹具与机床的毗连部位不可泛起永世变形。
（4）施力体结构知足如图4所示的响应的运动要求。
图4 夹具施力体运动示意图
（5）弦向预弯施力体：要求在下中壁板2~22肋各肋位、2~3肋间中心位置、1肋和24肋零件两头头位置划分设置弦向预弯施力体 ，共24个 ，在1~2肋中心设置与2肋平行的、可装置2肋弦向施力体的装置位置；要求下前和下后壁板可以共用下中壁板响应位置的弦向施力体 ，差别壁板在各肋位的宽度由差别孔系控制。另在下前壁板靠近15肋零件端头设置定位托杆；在下后壁板靠近10肋零件端头设置定位托杆；在靠近1肋零件端头处、3肋及肋间翼稍端头三处弦向预弯施力体下划分设置定位块 ，定位块应包管在零件装夹好后 ，其对接边沿呈水平状态。
（6）弦向施力体上压块设置原则：要求下中壁板19~24肋各肋位弦向预弯施力体压块压在口框边沿 ，其余各肋位弦向预弯施力体压在靠近搭接区的零件内边沿 ，并且有深入零件内边沿50mm的一连可调理量。
（7）要求2肋、3肋、2肋和3肋肋间中心位置弦向预弯施力体压块与零件接触部分为R50mm的球头。
（8）要求弦向预弯施力顶块接纳Φ50mm铝棒 ，装置可靠、替换容易 ，要求恣意2个弦向预弯施力体可同时夹持1根Φ50mm铝棒 ，也可单独夹持1根Φ50mm铝棒；要求除2肋、3肋、2肋和3肋肋间中心位置弦向预弯施力体外 ，恣意两个弦向预弯施力体的上下压头可同时夹持1个Φ50mm铝棒 ，也可单独夹持Φ50mm铝棒。
（9）展向预弯施力体：共5个 ，其中3个划分用于2肋、3肋、2和3肋肋间中心位置的展向预弯 ，其余2个用于4~11肋的展向预弯。
（10）要求展向预弯施力体压头与零件的接触部分为R50mm球头。
（11）要求展向预弯施体3个压头和弦向展向预弯施力体的压头为弓形夹形式 ，可沿支柱上下位置一连可调 ，可以交流。
（12）要求另外单独设置弓形夹形式压头16个 ，其中可装置Φ50mm铝棒的8个 ，R50mm球头形成的8个。
（13）要求弦向预弯量在0~60mm规模内一连可调。
（14）要求对2~11肋部位必需思量展向预弯 ，对弦向施力体举行增强 ，以包管在实验展向预弯时 ，可以以2~11肋部位的弦向预弯施力体为基准 ，一连施力整体移动展向预弯施力体 ，实现展向预弯功效。施力方法可为螺杆结构 ，旋全长度大于350mm。展向施力体到位后 ，可拆除弦向施力体 ，以不影响喷丸成形。
（15）要求所有压板、螺杆及插销等易损件的设置数目匀称为现实使用数目的1.4倍。
（16）要求在所有涉及的响应位置预留装置孔位。
（17）要求在各施力体标明适用的肋位 ，共用的弦向预弯施力体上各差别壁板的定位块应有防错标记。
（18）下后壁板的4肋弦向施力体允许平移 ，但在3肋禾4肋弦向预弯施力体上增添用于下后壁板三角区成形的铝棒。
（19）标识清晰、完整。
（20）夹具总质量不凌驾2t。
（21）夹具总宽度在机床框架中心两侧面均不凌驾285mm。
3. 柔性预应力夹具优化要求
预应力夹具总设计长度近14m ，所使用的零件上千个 ，不但组装时难度很是大 ，装夹新支线机翼下翼面壁板时势情更是繁琐。为提高预应力夹具的使用性能 ，要求对其设计计划举行一系列的优化 ，以实现预应力夹具的组合化、标准化和系列化。
（一）基本框架组合化
1. 基本框架组合化
基本框架不但要具有足够的刚性 ，与机床框架毗连利便可靠 ，并且要能够和夹具施力体相毗连 ，包管在壁板预弯历程中夹具稳固可靠。
2. 施力体组合化
施力体按结构分为滑轨、立柱、弓形夹和压板。
（1）滑轨组合化：预应力夹具所使用的滑轨均应有配套的螺栓、螺母 ，利便工人取用。
（2）立柱组合化：预应力夹具所有立柱上的牢靠孔巨细一致 ，所使用的压紧螺钉和结实螺钉均凭证牢靠孔的尺寸举行设计制造 ，配合性高。
（3）弓形夹组合化：弓形夹的结构、巨细均凭证立柱的结构、巨细举行设计 ，并配有专用的手柄。
（4）压板组合化：预应力夹具的压板可以通用 ，并配有专用的手柄、压块和螺钉。
（二）夹具零件标准化
1. 螺钉、螺栓标准化
统一压板的压紧螺钉规格均为M30 ，滑轨和立柱的毗连螺栓均为M20 ，有用长度为100mm。
2. 压板标准化
压板的可调理量均为60mm ，长度均为180mm。
3. 铝棒标准化
施力顶块的铝棒均为Φ50mm。
4. 立柱标准化
弦向立柱上的牢靠孔均设计为Φ21mm的通孔 ，间距为60mm ，长度与夹具高度坚持一致。
5. 压头标准化
展向预弯施力体压头与零件接触部分均为R50mm球头。
（三）夹具零件系列化
1. 铝棒系列化
施力顶块的铝棒的长度规格包括100mm ，220mm ，800mm ，900mm、1.1m ，1.2m ，1.5m ，和3m ，以顺应差别尺寸零件的装夹。
2. 压紧螺栓系列化
压紧螺钉的长度规格包括250mm ，280mm ，350mm ，400mm ，以用于对壁板差别部位差别水平的预弯。
3. 立柱系列化
为知足壁板差别肋位的需要 ，立柱设计有90°直立柱、60°斜立柱等类型。
4. 柔性预应力夹具优化设计
（一）夹具整体结构设计
夹具总设计重量近2t ，为避免夹具的重力所有作用到机床上横梁或者下横梁上 ，使其爆发严重的凹曲变形（见图5（a）和图5（b）） ，为了把夹具的重力匀称疏散到上、下横梁上（见图5（c）） ，将立柱两头禾滑轨装置配合的孔间距做到和上下滑轨孔间距相同。
由于机床上、下横梁有一定弹性 ，使它们可以同时遭受立柱的重力。立柱在受到机床上横梁向上拉力的同时 ，也受到下横梁对它向上的支持力。这样立柱的重力就被疏散到上下横梁上 ，减小了机床框架的变形。长壁－015为例来说 ，除4肋位之前的立柱禾24肋的立柱为斜立柱外 ，其余立柱都与机床框架水平面笔直 ，作为别承力立柱使用（见图6）。
图5 喷丸机床上下横梁受力示意图
图6 喷丸夹具与机床上下横梁装置示意图
（二）夹具弦向结构设计
为包管夹具的刚性切合要求 ，且夹具的总质量不凌驾设计要求 ，在每个肋位设1个80mm×80mm、壁厚5mm的方钢作为弦向立柱。12.5长的马鞍形双曲壁板共有22根弦向立柱作为弦向施力体 ，并且局部还配有与单个螺钉配合的光面压板 ，施力无邪 ，利便。
各立柱和压板、弓形夹配合的压紧螺钉通过差别长度的T形槽半圆压块来压紧壁板 ，抵达势力平衡 ，为了避免压坏壁板 ，压块接纳硬铝制造。T形槽半圆压块100mm ，长4m。局部还配有单个螺钉配合的光面压块 ，施力无邪、利便。
（三）夹具展向结构设计
差别结构和巨细的壁板展向成形是通过弦向立柱和展向立柱在滑轨上的前后移动来实现。夹详细上、下横梁都装有滑轨 ，滑轨上开有间距50mm的圆孔 ，和立柱上的孔通过M20的螺栓毗连 ，通过立柱和滑轨上差别位置孔的配合 ，来实现壁板展向预弯的粗调。
在展向弯曲较量大的1到11肋位使用展向立柱 ，在这14根弦向立柱上下双方各开了2个和展向立柱毗连的M30的螺栓孔 ，4根展向立柱和它们配合使用。
由于加工的零件是非巨细纷歧 ，长达12m多 ，夹详细总长也近14m�Ｋ剂康秸龉ぷ昂袒驳那慷取⒏招浴⒅亓俊⒅圃斓目尚行� ，夹具是用槽钢、方钢焊接成的3个上框架和3个下框架组成的�？蚣芎炭蚣苤溆酶职逋ü菟ㄅ鹄�。上下框架又通过螺栓和机床毗连 ，夹详细装卸无邪 ，利便�；部蚣艽腥舾�Φ15mm的孔 ，使夹具和机床框架完全成为一体。上、下框架横梁上按肋位打有和滑轨装置的孔 ，它们的装配也是通过螺栓螺母完成的。
（四）夹具的标识标记
为提高预应力夹具的通用性 ，知足新支线外翼下翼面6项壁板（图号划分为下前壁板572A2000-014-001/002 ，下中壁板572A2000-015-001/002 ，下后壁板572A2000-016-001/002）在喷丸成形中的弦向和展向预弯 ，镌汰夹具立柱的装置与调解 ，降低工人的劳动强度 ，4~23肋立柱的位置设计与6块壁板肋位均重合 ，无论哪块壁板装置时 ，无需替换 ，只需调解1~3肋及24肋立柱的位置来包管壁板的装夹 ，且在上下横梁上为需调解的立柱打出所需的定位孔 ，并打上标记 ，利便工人举行装置使用。
5. 预弯位置确定和预弯量丈量
大型重大双曲率壁板的形状数学曲面一样平常均包括若干个差别特征的马鞍型禾双凸型区域 ，在施加预应力举行预弯时 ，支点和压点的位置很难确定 ，尤其关于形状突变的重大区域 ，三点预弯相对位置的差别 ，就会引起喷丸后该区域形状的显著转变 ，若是预弯位置不对适 ，壁板变形就会偏离要求形状 ，甚至起到相反作用 ，凭证实践履历 ，预弯位置的设计关系大型壁板喷丸成形的乐成与否。
（一）预弯位置确定
对壁板3D数模举行系统几何剖析是确定预弯位置的基础 ，从数学角度来看 ，双曲率壁板形状面上每个点的曲率一样平常是由偏向相互笔直或成一定角度的极大和极小两个主曲率组成 ，并且极大曲率的方神往往近似与壁板弦向一致 ，称为弦向曲率；极小曲率的方神往往近似与壁板展向一致 ，称为展向曲率 ，通过对壁板差别区域几何特征剖析 ，能够确定弦向和展向预弯的部位和三点预弯支点和压点的位置。
大型壁板上马鞍型区域形状曲率的两个主曲率为异号 ，在其展向两侧区应保存展向曲率从凹变凸爆发改变的界线点 ，并且有展向弯曲半径小的凹点。参照图7所示 ，a ，b ，c和d四点为典范马鞍型区域在机翼壁板展向形状面双方缘的界线点 ，e为ab线上主极小曲率值（即展向曲率）大点 ，f为cd线上主极小曲率值点 ，由此获得展向预弯时线ac ，ef和bd组成展向三点预弯位置 ，其中ac和bd为支点位置 ，ef为压点位置。
图7 马鞍型区域预弯位置确定原理图
（二）预弯量丈量
当对大型壁板施加外力举行预弯时 ，有应力和应变两个变量。应变值易于丈量和控制 ，通常是接纳弧高仪通过丈量弯曲半径来盘算应变量。
沪公网安备 31012002002175号
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