本發(fā)明涉及航空制造領(lǐng)域，特指一種激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法。

發(fā)明背景

機(jī)翼是飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)制造的核心，機(jī)翼整體壁板是構(gòu)成飛機(jī)氣動外形的重要構(gòu)件，其制造技術(shù)是航空制造水平的重要標(biāo)志之一?，F(xiàn)代民用飛機(jī)的機(jī)翼壁板已從傳統(tǒng)的直紋面翼型發(fā)展到了復(fù)雜的雙曲率超臨界翼型，對機(jī)翼壁板外形精確控制技術(shù)提出了更高的要求。

機(jī)翼整體壁板制造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有兩步：(1)板坯數(shù)控加工：板坯數(shù)控加工是將多余材料去除的減材制造過程，目的是加工出2d平板用于后續(xù)噴丸成形；板坯尺寸大、剛性弱、特征非對稱是機(jī)翼整體壁板的結(jié)構(gòu)特點，受殘余應(yīng)力影響產(chǎn)生的板坯銑削變形是該類零件的共性技術(shù)難題，通常需要將變形板坯恢復(fù)為平板狀態(tài)；在實際生產(chǎn)中常采用重物校形、錘擊校形、機(jī)械校形方式進(jìn)行外形控制，但是都不能精確控制外形尺寸，操作不當(dāng)會引入較大校形應(yīng)力和表層損傷，對零件后續(xù)服役產(chǎn)生不利影響。(2)壁板噴丸成形：壁板噴丸成形是將2d板坯成形為3d復(fù)雜雙曲率壁板的等材制造過程，目的是成形出3d曲面用于超臨界機(jī)翼裝配；以噴丸飽和曲線和工藝試驗為依據(jù)設(shè)計出的成形工藝，其必要條件是2d無變形板坯；在壁板噴丸成形復(fù)雜雙曲率的過程中，彈丸流作用區(qū)域難以精確控制、噴嘴與零件局部區(qū)域存在干涉、噴丸工藝參數(shù)與成形量對應(yīng)關(guān)系模型精度有限等技術(shù)難題限制了噴丸成形的精度和效率。

綜上所述，機(jī)翼整體壁板的板坯制造和壁板成形分別由數(shù)控車間與噴丸車間獨立完成，變形板坯的校形和壁板復(fù)雜曲率成形也分別獨立完成，降低了壁板零件加工的效率和精度。此外，傳統(tǒng)校形方法和噴丸成形技術(shù)缺乏結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的保證和外形尺寸的精確控制能力。因此，針對上述問題，本發(fā)明在壁板加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)中引入超高幅值、高可控性和作用區(qū)域精確的激光噴丸技術(shù)，將變形板坯直接成形為具有復(fù)雜曲率的壁板零件，將校形與成形工藝合并為外形控制工藝，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且提升了零件成形精度和疲勞壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法，將當(dāng)前變形板坯的校形和壁板復(fù)雜曲率成形步驟合并，利用超高幅值、高可控性和作用區(qū)域精確的激光噴丸技術(shù)實現(xiàn)壁板外形尺寸的精確控制，提升壁板加工效率、成形精度和疲勞壽命。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法，包括以下步驟：

步驟s1：以變形板坯和成形壁板的外形為參考，設(shè)置控形策略；

步驟s2：建立激光噴丸控形力學(xué)模型；

步驟s3：采用最優(yōu)控形策略，將變形板坯精確成形為具有復(fù)雜曲率的機(jī)翼整體壁板。

優(yōu)選的，所述步驟s1具體為：

在同坐標(biāo)系下，進(jìn)行變形板坯和成形壁板外形尺寸的特征向量分析，如變形板坯與成形壁板的變形方向一致，則采用正向控形策略，進(jìn)行小變形逼近式控形；如變形板坯與成形壁板的變形方向相反，則采用反向控形策略，進(jìn)行大變形修復(fù)式控形。

優(yōu)選的，所述步驟s2具體為：

采用薄板非線性力學(xué)和激光沖擊力學(xué)為理論依據(jù)，以激光噴丸參數(shù)試驗為數(shù)據(jù)支撐，建立激光噴丸控形力學(xué)模型；模型計算采用深度學(xué)習(xí)算法，能夠依據(jù)給定的激光噴丸參數(shù)和時變的壁板外形進(jìn)行高效率迭代運算，精確預(yù)測壁板的外形尺寸，尺寸工差±1mm。

優(yōu)選的，所述步驟s3具體為：

以最小變形功為評價指標(biāo)，在初始外形(變形板坯)和最終外形(成形壁板)的特征向量分析之差中，計算最小變形功的加載路徑即為最優(yōu)控形策略；以力學(xué)模型在線預(yù)測結(jié)構(gòu)外形，以激光噴丸多自由度加載為手段，將變形板坯精確成形為具有復(fù)雜曲率的機(jī)翼整體壁板。

本發(fā)明將變形板坯校形與壁板復(fù)雜曲率成形工藝優(yōu)化為控形工藝，提升了數(shù)控加工與壁板成形之間的加工效率，以最小變形功設(shè)計最優(yōu)控形策略，避免了校形與成形工藝對壁板外形多次加載的不利影響，具有高精度高效率一步精確控形的特點。

附圖說明

本發(fā)明附圖說明如下：

圖1是本發(fā)明所提供的激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法具體實施方式流程圖。

圖2是本發(fā)明所提供的激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法步驟s1中策略1。

圖3是本發(fā)明所提供的激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法步驟s1中策略2。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所提出的激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法包括以下步驟：

步驟s1：以變形板坯和成形壁板的外形為參考，設(shè)置控形策略；

機(jī)翼整體壁板的板坯由鋁合金預(yù)拉伸板銑削加工而成，將導(dǎo)致板坯產(chǎn)生變形，如圖2中的1和圖3中的3。

板坯需要精確成形為具有復(fù)雜雙曲率的機(jī)翼整體壁板，如圖2、圖3中的馬鞍形雙曲面。

在同坐標(biāo)系下，進(jìn)行變形板坯和成形壁板外形尺寸的特征向量分析，如變形板坯與成形壁板的變形方向一致，如圖2所示，則采用正向控形策略，進(jìn)行小變形逼近式控形，避免了先修復(fù)板坯變形，然后再成形的多次板坯變形；

如變形板坯與成形壁板的變形方向相反，如圖3所示，則采用反向控形策略，進(jìn)行大變形修復(fù)式控形。

步驟s2具體為：建立激光噴丸控形力學(xué)模型；

采用薄板非線性力學(xué)和激光沖擊力學(xué)為理論依據(jù)，以激光噴丸參數(shù)試驗為數(shù)據(jù)支撐，建立激光噴丸控形力學(xué)模型；模型計算采用深度學(xué)習(xí)算法，能夠依據(jù)給定的激光噴丸參數(shù)和時變的壁板外形進(jìn)行高效率迭代運算，精確預(yù)測壁板的外形尺寸，尺寸工差±1mm。

所述步驟s3具體為：采用最優(yōu)控形策略，將變形板坯精確成形為具有復(fù)雜曲率的機(jī)翼整體壁板。

以最小變形功為評價指標(biāo)，在初始外形(變形板坯)和最終外形(成形壁板)之差中，計算最小變形功的加載路徑即為最優(yōu)控形策略；以力學(xué)模型在線預(yù)測結(jié)構(gòu)外形，以激光噴丸多自由度加載為手段，將變形板坯精確成形為具有復(fù)雜曲率的機(jī)翼整體壁板。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法，包括以下步驟：以變形板坯和成形壁板的外形為參考，設(shè)置控形策略；建立激光噴丸控形力學(xué)模型；采用最優(yōu)控形策略，將變形板坯精確成形為具有復(fù)雜曲率的機(jī)翼整體壁板。本發(fā)明所提供的激光噴丸機(jī)翼整體壁板外形控制方法，建立了壁板激光噴丸控形的精確預(yù)測模型，使得控形策略建立和優(yōu)化目標(biāo)明確，將壁板校形和成形工藝簡化為外形精確控制工藝，實施流程自動化且高精度高效率，適用于航空大型薄板類零件的小批量專用生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張永康;張崢;楊智帆;楊青天;關(guān)蕾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.06
技術(shù)公布日：2017.07.18