一種基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及整體壁板噴丸成形技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于攪拌摩擦加工局部增塑 的噴丸成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 噴丸成形技術(shù)是利用高速彈丸流撞擊金屬板材的表面，使受撞擊的表面及其下層 金屬材料產(chǎn)生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發(fā)生向受噴面凸起的彎曲變形而達(dá)到所需 外形的一種成形方法。該技術(shù)始于二十世紀(jì)五十年代初期，并隨著飛機(jī)整體壁板零件的廣 泛應(yīng)用而逐步發(fā)展起來。由于此種成形方式在成形過程中無需專用模具和壓力機(jī)，成形方 法靈活多樣，非常適合于小批量生產(chǎn)，因此被大量應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身以及運(yùn)載火箭燃 料箱等的整體壁板成形中。當(dāng)前噴丸成形已成為現(xiàn)代飛機(jī)，特別是大型飛機(jī)整體壁板成形 的一種主要方法。
[0003] 攪拌摩擦加工技術(shù)是在攪拌摩擦焊基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新的材料加工技術(shù)，其原理 是由軸肩和攪拌針組成的焊接工具(攪拌頭)高速旋轉(zhuǎn)將攪拌針擠入工件，通過攪拌工具與 工件表面摩擦將工件局部加熱，軟化、強(qiáng)塑性變形、再結(jié)晶，從而在攪拌區(qū)內(nèi)形成致密的細(xì) 晶組織，改善材料的力學(xué)性能。
[0004] 隨著飛機(jī)性能的不斷提高，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)性和整體性的要求也越來越高。作 為構(gòu)成機(jī)翼外形重要零部件之一的整體壁板在外形上具有復(fù)雜馬鞍形和扭轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，在內(nèi) 型上具有整體加強(qiáng)凸臺(tái)、口框、孔及下陷等。同時(shí)為提高飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性以及氣動(dòng)性能，機(jī)翼 以及機(jī)身的某些局部型面采用大曲率外形。對于帶有曲率半徑較小區(qū)域的這類壁板構(gòu)件， 其成形難度將成倍增加。由于噴丸成形存在一定的噴丸成形極限，無法滿足這類零件的成 形需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的噴丸成形技術(shù)成形難度大的不足，本發(fā)明提供了一種基于攪拌摩 擦加工局部增塑的噴丸成形方法，以降低噴丸成形的難度。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于攪拌摩擦加工局部增塑的 噴丸成形方法，基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方法包括以下步驟:步驟1、確定待 加工零件的拉伸變形區(qū)域;步驟2、對拉伸變形區(qū)域進(jìn)行局部攪拌摩擦加工，形成攪拌摩擦 區(qū)域;步驟3、對待加工零件進(jìn)行噴丸成形。
[0007] 進(jìn)一步地，步驟1包括:步驟1.1、將目標(biāo)零件的外蒙皮表面作為模具型面，將目標(biāo) 零件展開后得到的平板零件作為初始零件;步驟1.2、對初始零件的表面施加壓力，并使初 始零件的外表面與模具型面完全貼合，形成待加工零件;步驟1.3、對待加工零件的應(yīng)變分 布進(jìn)行分析，并確定待加工零件的拉伸變形區(qū)域。
[0008] 進(jìn)一步地，在步驟1.3中，該拉伸變形區(qū)域?yàn)閼?yīng)變?yōu)檎档膮^(qū)域。
[0009] 進(jìn)一步地，步驟2包括:在攪拌摩擦加工時(shí)，軸肩的下壓量為0 · Imm~0 · 2mm，攪拌頭 的旋轉(zhuǎn)速度為800r/min~1600r/min。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟2包括:在攪拌摩擦加工時(shí)，攪拌摩擦的加工深度為0.11~0.3t，t 為待加工零件的厚度。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟2包括:沿設(shè)定間距對零件進(jìn)行多道攪拌摩擦加工，每道攪拌摩擦 加工的行進(jìn)方向均與步驟3中噴丸的行進(jìn)方向相同。
[0012]進(jìn)一步地，相鄰兩道攪拌摩擦加工形成的行進(jìn)軌跡之間相互平行，相鄰兩道攪拌 摩擦加工形成的行進(jìn)軌跡的中心間距為〇. 5d~d，d為攪拌摩擦加工使用的攪拌針的最大直 徑。
[0013] 進(jìn)一步地，在步驟3中，對該待加工零件的攪拌摩擦區(qū)域進(jìn)行噴丸成形。
[0014] 進(jìn)一步地，在步驟2和步驟3之間，還包括對經(jīng)過攪拌摩擦加工后的待加工零件施 加沿變形方向的彈性預(yù)彎應(yīng)力，彈性預(yù)彎應(yīng)力的施加區(qū)域應(yīng)與該攪拌摩擦區(qū)域重合或大于 該攪拌摩擦區(qū)域，在步驟3中，對該待加工零件的該彈性預(yù)彎應(yīng)力的施加區(qū)域進(jìn)行噴丸成 形。
[0015]進(jìn)一步地，彈性預(yù)彎應(yīng)力小于或者等于0.75c，c為攪拌摩擦區(qū)域的材料的屈服強(qiáng) 度。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，采用局部攪拌摩擦加工增加塑性的方法與噴丸成形相結(jié) 合，可有效提高大曲率壁板構(gòu)件的噴丸成形極限以及噴丸成形精度。
[0017]施加預(yù)應(yīng)力之前在局部區(qū)域進(jìn)行攪拌摩擦加工處理，可以很好地控制材料流動(dòng)以 及變形方向，更利于馬鞍形以及扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜外形面的成形。
[0018] 通過攪拌工具與工件表面摩擦，在攪拌區(qū)內(nèi)形成致密的細(xì)晶組織，改善材料的力 學(xué)性能，在獲得相同外形曲率的條件下，所需施加預(yù)應(yīng)力以及噴丸強(qiáng)度較小，有利于改善成 形零件的性能質(zhì)量。
[0019] 該方法同樣適用于整體帶筋以及不帶筋的復(fù)雜雙曲率外形帶筋整體壁板的預(yù)應(yīng) 力噴丸成形。
【附圖說明】
[0020] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0021 ]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的流程示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的流程示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明待加工零件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明待加工零件的應(yīng)力分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0026] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方 法，該基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方法包括以下步驟：
[0027 ]步驟1、確定待加工零件的拉伸變形區(qū)域。
[0028] 步驟2、對該拉伸變形區(qū)域進(jìn)行局部攪拌摩擦加工，形成攪拌摩擦區(qū)域。
[0029] 步驟3、對該待加工零件進(jìn)行噴丸成形。
[0030] 上述待加工零件為大曲率壁板構(gòu)件，本發(fā)明實(shí)施例采用局部攪拌摩擦加工增加塑 性的方法與噴丸成形相結(jié)合，可有效提高大曲率壁板構(gòu)件的噴丸成形極限以及噴丸成形精 度。其中，步驟2中，對拉伸變形區(qū)域進(jìn)行局部攪拌摩擦加工是根據(jù)加工需求選取對應(yīng)的區(qū) 域進(jìn)行攪拌摩擦加工，該區(qū)域大小可以與拉伸變形區(qū)域相同，也可以小于拉伸變形區(qū)域。上 述攪拌摩擦加工區(qū)域的選取是根據(jù)不同的工作需要進(jìn)行選取的。本發(fā)明該實(shí)施例在步驟3 中，對該待加工零件的攪拌摩擦區(qū)域進(jìn)行噴丸成形。本發(fā)明實(shí)施例中的該步驟1包括：
[0031] 步驟1.1、將目標(biāo)零件的外蒙皮表面作為模具型面，將該目標(biāo)零件展開后得到的平 板零件作為初始零件。
[0032] 步驟1.2、通過一根壓桿2對該初始零件的表面施加壓力，并使該初始零件的外表 面與該模具型面完全貼合，形成該待加工零件1，如圖3所示，該待加工零件1左右兩端的限 位桿3對待加工零件1的左右兩端起到限位作用。
[0033] 步驟1.3、對該待加工零件的應(yīng)變分布進(jìn)行分析，并確定該待加工零件的該拉伸變 形區(qū)域4。
[0034] 其中，上述步驟1.1可以在CATIA軟件中進(jìn)行，上述步驟1.3可以通過有限元分析方 法進(jìn)行確定。本實(shí)施例中該拉伸變形區(qū)域?yàn)閼?yīng)變方向與壓桿2壓力的施力方向相同的區(qū)域。 也可以理解為如圖4所示，在應(yīng)變與位置關(guān)系坐標(biāo)系中，X軸表示該待加工零件1上不同點(diǎn)的 位置，Y軸表示該待加工零件1的應(yīng)變值，在該坐標(biāo)系中，