[发明专利]用于大型壁板工件喷丸成形的柔性预应力夹具

说明书

本发明提供了一种用于大型壁板工件喷丸成形的柔性预应力夹具，包括用于提供支撑的刚性框架、用于压弯壁板工件的上下挤压模块、用于控制上下挤压模块的升降控制模块、用于控制壁板工件弯曲形状的弹性预弯模块以及水平导轨；所述上下挤压模块、升降控制模块和弹性预弯模块分别安装于刚性框架上；所述刚性框架布置在水平导轨上且沿水平导轨运动。本发明提的有益效果在于该预应力夹具具有极大的柔性及通用性，适用于多种大小的壁板工件实施多种形状的弹性预弯，并且可以很好地控制壁板工件的弯曲形状，弹性预应力施加均匀可控，而且装夹与预弯操作方便省力，装夹与预弯过程中工件中心高度可以保持不变，工件的定位性能极佳。

技术领域

本发明涉及机械制造的工装领域，特指一种用于大型壁板工件喷丸成形的柔性预应力夹具，主要应用于大型壁板等工件的各类喷丸成形工艺中。

背景技术

在现代航空航天领域，各类飞行器在要求结构减重的同时也对整体力学性能提出更高的要求，这需要采用高性能大型复杂薄壁结构来提高结构效率和服役可靠性。其中，大型整体壁板是一种能够有效提高飞行器性能和效率的结构件，具有结构效率高、气动外形和气密性好等突出优点，成为实现飞行器结构减重和整体性能提高的重要途径。

但是，大型整体壁板尺寸大、外形曲率变化复杂、具有包括加强筋在内的复杂内壁结构，其复杂结构特点及其形状精确性、机械性能和疲劳寿命的要求对成形制造工艺提出了巨大挑战，必须采用喷丸成形工艺进行加工制造。喷丸成形技术得益于其本身独特的优点：(1)无模成形且成形精确可控；(2)零件长度不限；(3)能提高工件的抗疲劳性能，已经成为了大型壁板工件加工的主要手段。而预应力喷丸成形技术作为自由状态喷丸成形技术的改进，能够更好地控制工件的塑性变形方向，提高成形能力的极限，从而更好地应用于大型壁板工件成形的场合。

预应力喷丸成形，具体而言，就是在装夹待加工的壁板工件时，通过某种方式使壁板工件预先产生一定的弹性弯曲变形，从而使壁板工件内预先产生一定的弹性预应力场，然后在这个弹性预弯的状态下对壁板工件进行喷丸成形加工。对于这项技术而言，工件的弹性预弯是一个极其重要的环节，需要使用特殊的预应力夹具来实施。现有的预应力夹具按照施加预应力的方式来划分主要有两类。一类是利用形状与工件设计的预弯形状完全吻合的多组卡板来压紧工件的卡板式夹具，可使工件按照卡板的轮廓弯曲，产生预应力。对于这类夹具，试验表明其不能完全准确地控制工件预弯的形状和预应力，而且关键在于一套卡板只对应一种预弯的形状，缺乏柔性，导致成本很高。另一类是基于三点弯曲原理的柔性夹具，通过对工件的中间一点与两边两点施加方向相反的力使工件弯曲，从而产生所需的预应力，其通过改变力的大小可以调节弯曲的形状，具备一定的柔性。通过检索发现，专利号为ZL200610087318.3的中国发明专利《一种柔性组合预应力夹具》就是这类夹具的典型。但是，对于这类夹具而言，其虽然具备了调节预弯形状的柔性，但是由于三点预弯方式本身的缺陷，工件预弯的曲率并不均匀，中间较大而边缘较小，造成了预应力分布的不均匀，影响整体喷丸效果；而且，工件装夹时主要依靠三点预弯施力装置在水平方向上的相对运动，缺乏竖直方向上的支撑与定位，使得装夹时工件会存在往下滑落的趋势，一来使得装夹与预弯的操作极其不便，二来使得工件在装夹时位置容易偏离，定位困难。

针对上述现有预应力夹具的缺点，需要提供一种新的适用于大型壁板工件喷丸成形的预应力夹具，其具有适应不同大小的工件实施不同形状的弹性预弯的柔性，其弹性预应力的施加均匀可控，工件的装夹、预弯与定位方便，可操作性强。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大型壁板工件喷丸成形的具有柔性的、弹性预应力施加均匀且可控的、工件的装夹、预弯与定位方便的、可操作性强的用于大型壁板工件喷丸成形的柔性预应力夹具。

为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：