[发明专利]卧式龙门机翼整体壁板激光喷丸校形装置和加工方法

说明书

本发明公开卧式龙门机翼整体壁板激光喷丸校形装置，该装置包括工作台、壁板吸附结构、龙门架、横梁、水射流喷嘴、显影剂喷嘴、光学相机、激光喷丸单元、机械臂以及系统主机。本发明还公开一种加工方法，首先以条带激光喷丸试验获得饱和曲线，建立激光喷丸强度与弯曲挠度对应关系数据库，测量获得零件3D数据和变形量空间分布，最后根据零件变形区域和变形量分布特点，利用激光喷丸超高压力施以反向弯曲变形实现校形。本发明技术方案可消除铣削过程中表层有害拉应力，增强表层有益压应力，提高零件疲劳寿命，降低铣削变形，可应用于变形超差报废件修复，提高零件成品率，且制造出符合要求的机翼整体壁板，以满足航空整体构件高精度加工要求。

技术领域

本发明涉及航空制造技术领域，特别涉及卧式龙门机翼整体壁板激光喷丸校形装置和加工方法。

背景技术

随着航空航天工业数字化设计以及智能化制造的快速发展，现代飞行器的性能要求也不断地提高，而飞行器设计大量采用整体结构件，如整体框、梁、壁板等零部件，零件大型化和结构整体化趋势日趋明显。

在民用飞机制造技术领域中，铝合金材料广泛应用于机身整体壁板、机翼整体壁板制造。例如机翼整体壁板已经成为民用飞机主要承力构件参与承载，以提高机翼的气动性能、承载能力、疲劳寿命，并利用机翼作为整体油箱。

机翼整体壁板厚度较薄且尺寸较大，具有单面强化筋、桁条、网格状栅格结构。在铣削加工过程中，容易受到板坯残余应力、铣削载荷、铣削热和铣削残余应力等因素影响而产生局部/整体翘曲、卷曲变形等现象，从而造成巨大的材料浪费。因此，机翼整体壁板铣削变形控制是现代飞机制造中面临的突出问题之一。

国外以波音和空客为代表的现代民用客机飞机均采用机翼整体壁板技术，我国自主研发的ARJ21和C919飞机也采用了机翼整体壁板机构。

面对铣削加工产生的大变形问题，目前国内采用的变形控制方法主要有：

1、降低毛坯材料的残余应力。当前航空用铝合金预拉伸板应力幅值约为±25MPa，这已经到达低应力材料制备技术瓶颈，但是壁板铣削变形依然存在。

2、优化铣削工艺参数。通过设置合理的铣削参数可降低加工残余应力幅值和分布，但受限于铣削加工材料去除方式，该加工难以消除加工残余应力。

3、优化工艺流程。粗加工采用层优先法，优先去除厚度方向材料，或使用应力释放工艺槽。优化精加工参数，采用局部往复、区间对称的加工方式控制局部弯曲变形，该方法只能抑制局部变形，而且由于采用特殊编程方式严重降低加工效率。

4、采用大直径刀具及高速铣削技术，采用高速铣削降低铣削热产生的变形，同时利用大直径锋利刀具降低加工残余应力产生的变形。该方法难以协调刀具损耗成本和变形控制的矛盾，只能消除热变形，对加工残余应力导致变形效果依然强差人意。

5、增加校形工艺。压弯、滚弯等冷校形只能应用于刚性较好的框架结构件，对柔性壁板则不适用。同时锤击校形易产生表面损伤，不能应用于航空重要承重构件的校形。

因此，目前亟需一种高精度数字化的机翼整体壁板铣削变形控制方法及相应的装置。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种高精度数字化的卧式龙门机翼整体壁板激光喷丸校形装置和加工方法，旨在消除铣削产生的表层有害拉应力，增强表层有益压应力，提高零件疲劳寿命，控制铣削过程中和过程后的变形。

为实现上述目的，本发明提出卧式龙门机翼整体壁板激光喷丸校形装置，所述装置包括可沿Y轴直线移动的工作台、设置于所述工作台顶面并可吸附机翼整体壁板的壁板吸附结构、横跨于所述工作台上方且可沿Y轴直线移动的龙门架、与所述龙门架上部相连且可沿X轴直线移动的横梁；与所述横梁下部相连且可沿Z轴直线移动的水射流喷嘴、显影剂喷嘴以及光学相机；所述装置还包括可对壁板进行喷丸加工的激光喷丸单元、与所述激光喷丸单元顶端相连的机械臂、与所述机械臂电连接的系统主机。