一種基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及整體壁板噴丸成形技術領域，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】
[0002] 噴丸成形技術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 金屬材料產生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發生向受噴面凸起的彎曲變形而達到所需 外形的一種成形方法。該技術始于二十世紀五十年代初期，并隨著飛機整體壁板零件的廣 泛應用而逐步發展起來。由于此種成形方式在成形過程中無需專用模具和壓力機，成形方 法靈活多樣，非常適合于小批量生產，因此被大量應用于飛機的機翼、機身以及運載火箭燃 料箱等的整體壁板成形中。當前噴丸成形已成為現代飛機，特別是大型飛機整體壁板成形 的一種主要方法。
[0003] 攪拌摩擦加工技術是在攪拌摩擦焊基礎上發展的一種新的材料加工技術，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、強塑性變形、再結晶，從而在攪拌區內形成致密的細 晶組織，改善材料的力學性能。
[0004] 隨著飛機性能的不斷提高，對飛機結構的氣動性和整體性的要求也越來越高。作 為構成機翼外形重要零部件之一的整體壁板在外形上具有復雜馬鞍形和扭轉的特點，在內 型上具有整體加強凸臺、口框、孔及下陷等。同時為提高飛機的機動性以及氣動性能，機翼 以及機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域的這類壁板構件， 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。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有的噴丸成形技術成形難度大的不足，本發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] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是: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域;步驟2、對拉伸變形區域進行局部攪拌摩擦加工，形成攪拌摩擦 區域;步驟3、對待加工零件進行噴丸成形。
[0007] 進一步地，步驟1包括:步驟1.1、將目標零件的外蒙皮表面作為模具型面，將目標 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、對待加工零件的應變分 布進行分析，并確定待加工零件的拉伸變形區域。
[0008] 進一步地，在步驟1.3中，該拉伸變形區域為應變為正值的區域。
[0009] 進一步地，步驟2包括:在攪拌摩擦加工時，軸肩的下壓量為0 · Imm~0 · 2mm，攪拌頭 的旋轉速度為800r/min~1600r/min。
[0010] 進一步地，步驟2包括:在攪拌摩擦加工時，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] 進一步地，步驟2包括:沿設定間距對零件進行多道攪拌摩擦加工，每道攪拌摩擦 加工的行進方向均與步驟3中噴丸的行進方向相同。
[0012]進一步地，相鄰兩道攪拌摩擦加工形成的行進軌跡之間相互平行，相鄰兩道攪拌 摩擦加工形成的行進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] 進一步地，在步驟3中，對該待加工零件的攪拌摩擦區域進行噴丸成形。
[0014] 進一步地，在步驟2和步驟3之間，還包括對經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彎應力，彈性預彎應力的施加區域應與該攪拌摩擦區域重合或大于 該攪拌摩擦區域，在步驟3中，對該待加工零件的該彈性預彎應力的施加區域進行噴丸成 形。
[0015]進一步地，彈性預彎應力小于或者等于0.75c，c為攪拌摩擦區域的材料的屈服強 度。
[0016]本發明的有益效果是，采用局部攪拌摩擦加工增加塑性的方法與噴丸成形相結 合，可有效提高大曲率壁板構件的噴丸成形極限以及噴丸成形精度。
[0017]施加預應力之前在局部區域進行攪拌摩擦加工處理，可以很好地控制材料流動以 及變形方向，更利于馬鞍形以及扭轉等復雜外形面的成形。
[0018] 通過攪拌工具與工件表面摩擦，在攪拌區內形成致密的細晶組織，改善材料的力 學性能，在獲得相同外形曲率的條件下，所需施加預應力以及噴丸強度較小，有利于改善成 形零件的性能質量。
[0019] 該方法同樣適用于整體帶筋以及不帶筋的復雜雙曲率外形帶筋整體壁板的預應 力噴丸成形。
【附圖說明】
[0020] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0021 ]圖1為本發明第一實施例的流程示意圖；
[0022] 圖2為本發明第二實施例的流程示意圖；
[0023] 圖3為本發明待加工零件的結構示意圖；
[0024]圖4為本發明待加工零件的應力分布示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0026] 如圖1所示，本發明實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域。
[0028] 步驟2、對該拉伸變形區域進行局部攪拌摩擦加工，形成攪拌摩擦區域。
[0029] 步驟3、對該待加工零件進行噴丸成形。
[0030] 上述待加工零件為大曲率壁板構件，本發明實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合，可有效提高大曲率壁板構件的噴丸成形極限以及噴丸成形精 度。其中，步驟2中，對拉伸變形區域進行局部攪拌摩擦加工是根據加工需求選取對應的區 域進行攪拌摩擦加工，該區域大小可以與拉伸變形區域相同，也可以小于拉伸變形區域。上 述攪拌摩擦加工區域的選取是根據不同的工作需要進行選取的。本發明該實施例在步驟3 中，對該待加工零件的攪拌摩擦區域進行噴丸成形。本發明實施例中的該步驟1包括：
[0031] 步驟1.1、將目標零件的外蒙皮表面作為模具型面，將該目標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變分布進行分析，并確定該待加工零件的該拉伸變 形區域4。
[0034] 其中，上述步驟1.1可以在CATIA軟件中進行，上述步驟1.3可以通過有限元分析方 法進行確定。本實施例中該拉伸變形區域為應變方向與壓桿2壓力的施力方向相同的區域。 也可以理解為如圖4所示，在應變與位置關系坐標系中，X軸表示該待加工零件1上不同點的 位置，Y軸表示該待加工零件1的應變值，在該坐標系中，