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大型壁板的预应力喷丸成形一般可分为弦向(横向)和展向(纵向)两种方式,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,约等于预弯应变与喷丸应变之和,内表层压应变也增大,从而达到增加弦向变形的目的,在弦向预弯状态下,展向只相当于自由喷丸状态,所以预应力喷丸成形也能很好克服球面变形倾向。大部分情况下,壁板在弦向已达到或超过外形要求时,才进行展向预应力喷丸,展向外形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,减少了对弹丸打击动能的要求,因此预应力喷丸成形使许多无法采用自由状态喷丸达到要求外形的壁板成形出了预期外形,有效扩大了喷丸成形工艺的使用范围。

大型壁板在外力作用下发生弹性预弯时,外力势能的变化全部转化为应变能储存于物体内部,随着外力的逐渐增加,壁板材料将经历弹性状态到塑性状态,而这是一个连贯过程,尤其飞行器壁板大多采用高强度铝合金材料,没有明显屈服状态,因此大型壁板预应力喷丸时,对壁板施加外力进行弹性变形的一种工艺装备,它不起成型模的作用,只是在板件的受喷表面上产生预定的拉应力(不超过材料屈服强度),目的是加大成形曲率,克服喷丸成形球面变形倾向,使板件按所需方向变形。预应力施加是根据三点弯曲原理,其中有两点起到支点作用,另外一点施力方向相反,起到顶点作用。按施加预弯的方式,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。

新支线飞机外翼下翼面壁板为超临界整体厚壁板,不但结构复杂,而且为双曲率外形,成形难度极大,在自由状态下已超过喷丸成形极限,必须在喷丸前对其施加预应力,在喷丸过程中对其进行夹持。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关键技术。

在喷丸成形过程中,前期采用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进行预弯和夹持,不但工艺稳定性差、产品质量起伏大,而且加工周期很长。

因此,急需对此种长板式预应力夹具进行优化改进,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。

根据新支线飞机外翼下翼面壁板的结构和外形特点,预应力夹具展向禾弦向预弯采用三点压弯的方法,施力大小可随意调整(见图2)。

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为满足预应力夹具的柔性要求,以便加工不同大小的零件,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点是用可安装在立柱上任意位置的特制弓形夹来完成位置的调整。各立住上和压板、弓形夹配合的压紧螺钉通过不同长度的T形槽半圆压块来压紧壁板,以保证施力均衡。

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,刚性连接)用于施力体的安装,其中上横梁与机床框架上连接板的距离不小于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,在横梁上按照下中壁板1~24肋位置(除23肋外)分别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。施力体垂直于机床框架平面,在水平方向上距离可调。

根据新支线飞机外翼下翼面壁板喷丸成形的要求和特点,预应力夹具应满足以下要求:

(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进行适当平移,与机床框架平面重合,并保证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,夹具与机床的连接部位不能出现永久变形。

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