[發明專利]一種基于攪拌摩擦加工局部增塑的噴丸成形方法

在審

• 申請號: 201511029964.X
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN105479095A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 曾元松;黃遐
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: B23P9/00
• 分類號: B23P9/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 朱坤鵬

技術領域

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

進一步地，步驟2包括：在攪拌摩擦加工時，軸肩的下壓量為0.1mm～0.2mm， 攪拌頭的旋轉速度為800r/min～1600r/min。

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0.1t～0.3t， t為待加工零件的厚度。

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。

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0.5d～d，d為攪拌摩擦加工使用的攪拌針的最 大直徑。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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