專利名稱：單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械制造領(lǐng)域，特別設(shè)計一種基于高能超聲波噴丸成形技術(shù)進行單、 雙曲度整體壁板的成形方法。
背景技術(shù)：
整體壁板的成形加工在航空和國防工業(yè)中有著十分廣泛的應(yīng)用，其具有強度重量比高、總體和局部穩(wěn)定性好、外形準確、疲勞壽命長等特點，因此成為現(xiàn)代飛機普遍采用的高效率結(jié)構(gòu)，是衡量飛機先進程度的一個重要標志。隨著現(xiàn)代飛機的飛行速度和載荷等性能的不斷提高，對整體壁板的強度等要求也越來越高，同時增加了整體壁板成形的難度。傳統(tǒng)的整體壁板成形技術(shù)有滾彎成形、增量壓彎成形等已無法保證壁板的成形質(zhì)量，因此在近30余年，噴丸成形成為整體壁板成形的首選工藝。
噴丸成形技術(shù)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(chǎn)生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發(fā)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。雖然該技術(shù)工藝裝備簡單，在成形的同時可以改善零件的抗疲勞性能，但現(xiàn)有的噴丸成形技術(shù)會使金屬板材受噴表面變得粗糙，影響表面質(zhì)量，而且由于噴丸成形機理的復(fù)雜導(dǎo)致工藝分析的復(fù)雜，因此目前噴丸成形參數(shù)的選擇主要依靠實驗數(shù)據(jù)和操作經(jīng)驗，耗時費資，并且現(xiàn)有的噴丸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，每次噴丸后丸粒必須進行回收、 清洗、分級和破粒去除，在噴丸過程破碎的丸粒還會造成一定污染。因此，很有必要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)之上，設(shè)計研究出一種可操作性強、加工效率高、適用范圍廣泛的整體壁板的成形方法。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易操作實施、加工效率高、可以精確控制板料的成形精度、能加工不同曲率和不同形狀的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，該方法加工制備得到的整體壁板精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固牢靠、表面光滑度好。
技術(shù)方案為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為 一種單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，它包括以下步驟利用超聲波噴丸設(shè)備，所述的超聲波噴丸設(shè)備包括超聲波發(fā)生器和沖擊槍，所述的沖擊槍安裝在數(shù)控機床主軸側(cè)面，所述的沖擊槍包括超聲波換能器、與超聲波換能器相連的變幅桿、與變幅桿連接的振動工具頭和安裝在振動工具頭上的撞針；在超聲波噴丸前先利用撞針進行對刀，然后根據(jù)整體壁板成形形狀的需求設(shè)定不同的成形軌跡，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按照設(shè)定的成形軌跡編制數(shù)控程序移動，帶動沖擊槍的移動并控制其移動路徑，然后開啟超聲波發(fā)生器，超聲波換能器將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩電信號，如20KHz頻率的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，然后再通過變幅桿將超聲波換能器的微小振幅進行放大，然后借助安裝在振動工具頭上上的撞針按成形軌跡沖擊金屬板材表面，在金屬板材內(nèi)部誘導(dǎo)出不平衡的應(yīng)力分布形式，使金屬板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形，得到不同曲度的典型單或雙曲度整體壁板。
作為優(yōu)選方案，以上所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，根據(jù)實際需要金屬板材的超聲波噴丸區(qū)域可為單面或雙面，可以加工得到單面曲度的整體壁板或雙曲度整體壁板，其中撞針的振幅由超聲波發(fā)生器的電流大小控制，作為優(yōu)選撞針的振幅可為5至50 μ m，通過調(diào)整超聲波發(fā)生器的電流大小可以控制超聲波噴丸的強度，從而可以加工得到不同曲率大小的零件并保證成形件的表面質(zhì)量。
作為優(yōu)選方案，以上所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的撞針的直徑可以根據(jù)實際整體壁板成型的需要而選擇，優(yōu)選撞針的直徑為2毫米、3毫米或6毫米。
本發(fā)明提供的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，本發(fā)明根據(jù)超聲波噴丸成形的規(guī)律制定不同的成形路徑，并編制與成形路徑相應(yīng)的數(shù)控程序控制機床主軸，以此實現(xiàn)沖擊槍沿噴丸成形加工路徑移動，根據(jù)整體壁板成形形狀的不同而采取不同的成形軌跡從而得到不同形狀的整體壁板。
作為優(yōu)選方案，以上所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的成形軌跡為錐形整體壁板成形軌跡，其中所述的錐形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿著平行于金屬板材的斜邊的直線路徑、再沿著中間垂直于底邊的直線路徑，可以加工得到錐形整體壁板。
作為另一優(yōu)選方案，以上所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的成形軌跡為凸峰形整體壁板成形軌跡為，所述的凸峰形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿金屬板材的對稱中心軸呈“十”字形的直線路徑、再沿著板材對角線的直線路徑。
作為另一優(yōu)選方案，以上所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的成形軌跡為折彎形整體壁板成形軌跡，所述的折彎形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先在金屬板材正面沿著長邊方向的直線路徑、再在板材反面中部沿著短邊方向的直線路徑。
有益效果本發(fā)明提供的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，比傳統(tǒng)噴丸技術(shù)具有可操作性能強、工作效率高，適用范圍廣泛的優(yōu)點，可用于加工制備適用于精度要求高的航空航天領(lǐng)域中的整體壁板；并且本方法可以精確控制板料的成形精度、能根據(jù)實際需要加工不同曲率和不同形狀的典型單、雙曲度整體壁板，尤其是通過調(diào)節(jié)超聲波噴丸強度，按照不同的成形軌跡編制相應(yīng)的數(shù)控程序可加工出各種復(fù)雜形狀的整體壁板，符合高要求的標準， 并且由該方法加工制備得到的整體壁板精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固牢靠、表面光滑度好。
本發(fā)明提供的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其中所用到的加工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，輕巧，易操作，自動化程度高，適用性強，整體壁板成型精度好，可克服現(xiàn)有技術(shù)中噴丸成形技術(shù)的諸多不足。


圖1為超聲波噴丸成形方法所用到的超聲波噴丸設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為金屬板材超聲波噴丸成形原理示意圖。
圖3為錐形整體壁板的成形軌跡的示意圖。
圖4為凸峰形整體壁板成形軌跡的示意圖。
圖5為折彎形整體壁板正面成形軌跡的示意圖。
圖6為折彎形整體壁板反面成形軌跡的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
實施例1錐形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，它包括以下步驟利用超聲波噴丸設(shè)備，如圖1 和圖2所示，所述的超聲波噴丸設(shè)備包括超聲波發(fā)生器1和沖擊槍2，所述的沖擊槍2安裝在數(shù)控機床主軸3側(cè)面，所述的沖擊槍2包括超聲波換能器2-1、與超聲波換能器2-1相連的變幅桿2-2、與變幅桿2-2-連接的振動工具頭2-3和安裝在振動工具頭2-3上的撞針 2-4 ；在超聲波噴丸前先利用撞針2-4進行對刀，然后根據(jù)錐形整體壁板成形形狀的需求設(shè)定錐形整體壁板的成形軌跡，如圖3所示，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按照錐形整體壁板的成形軌跡編制數(shù)控程序(所述的錐形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿著平行于金屬板材的斜邊的直線路徑、再沿著中間垂直于底邊的直線路徑，相鄰噴丸區(qū)域中心線間的距離較近，變形區(qū)相互連接，可以使金屬板材表面更加光滑)移動，帶動沖擊槍2的移動并控制其移動路徑，然后開啟超聲波發(fā)生器1，超聲波換能器2-1將超聲波發(fā)生器1產(chǎn)生的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，然后再通過變幅桿2-2將超聲波換能器2-1的微小振幅進行放大，然后借助安裝在振動工具頭上2-3 上的撞針2-4按成形軌跡沖擊金屬板材表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產(chǎn)生塑性變形而延伸，使金屬板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形，即可得到錐形整體壁板。
以上所述的錐形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，根據(jù)成形軌跡編制的數(shù)控加工程序進行重復(fù)噴丸加工或改變超聲波發(fā)生器1的電流大小控制撞針2-4的振幅，如撞針2-4 的振幅可在5至50 μ m內(nèi)調(diào)整，將覆蓋率控制在100%至300%，板材的彎曲變形量隨噴丸加工速度大小而增減，即可得到需要曲度的錐形整體壁板。
以上所述的錐形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的撞針2-4的直徑為2毫米、3毫米或6毫米。
實施例2凸峰形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，它包括以下步驟利用超聲波噴丸設(shè)備，如圖 1和圖2所示，所述的超聲波噴丸設(shè)備包括超聲波發(fā)生器1和沖擊槍2，所述的沖擊槍2安裝在數(shù)控機床主軸3側(cè)面，所述的沖擊槍2包括超聲波換能器2-1、與超聲波換能器2-1相連的變幅桿2-2、與變幅桿2-2連接的振動工具頭2-3和安裝在振動工具頭2-3上的撞針 2-4 ；在超聲波噴丸前先利用撞針2-4進行對刀，然后根據(jù)凸峰形整體壁板成形形狀的需求設(shè)定凸峰形整體壁板的成形軌跡，如圖4所示，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按照凸峰形整體壁板的成形軌跡編制數(shù)控程序(所述的凸峰形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿金屬板材的對稱中心軸呈“十”字形的直線路徑、再沿著板材對角線的直線路徑)移動，帶動沖擊槍2的移動并控制其移動路徑，然后開啟超聲波發(fā)生器1，超聲波換能器2-1將超聲波發(fā)生器1產(chǎn)生的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，然后再通過變幅桿2-2將超聲波換能器2-1的微小振幅進行放大，然后借助安裝在振動工具頭上2-3上的撞針2-4按成形軌跡沖擊金屬板材表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產(chǎn)生塑性變形而延伸，使金屬板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形，即可得到凸峰形整體壁板。
以上所述的凸峰形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，根據(jù)成形軌跡編制的數(shù)控加工程序進行重復(fù)噴丸加工或改變超聲波發(fā)生器1的電流大小控制撞針2-4的振幅，如撞針 2-4的振幅可在5至50 μ m內(nèi)調(diào)整，將覆蓋率控制在100%至300%，板材的彎曲變形量隨噴丸加工速度大小而增減，即可得到需要曲度的凸峰形整體壁板。
以上所述的凸峰形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的撞針2-4的直徑為2 毫米、3毫米或6毫米。
實施例3折彎形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，它包括以下步驟利用超聲波噴丸設(shè)備，如圖 1和圖2所示，所述的超聲波噴丸設(shè)備包括超聲波發(fā)生器1和沖擊槍2，所述的沖擊槍2安裝在數(shù)控機床主軸3側(cè)面，所述的沖擊槍2包括超聲波換能器2-1、與超聲波換能器2-1相連的變幅桿2-2、與變幅桿2-2連接的振動工具頭2-3和安裝在振動工具頭2-3上的撞針 2-4；在超聲波噴丸前先利用撞針2-4進行對刀，然后根據(jù)折彎形整體壁板成形形狀的需求設(shè)定折彎形整體壁板的成形軌跡，如圖5和圖6所示，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按照折彎形整體壁板的成形軌跡編制數(shù)控程序(所述的折彎形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先在金屬板材正面沿著長邊方向的直線路徑、再在板材反面中部沿著短邊方向的直線路徑)移動，帶動沖擊槍2的移動并控制其移動路徑，然后開啟超聲波發(fā)生器1，超聲波換能器2-1將超聲波發(fā)生器1產(chǎn)生的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，然后再通過變幅桿2-2將超聲波換能器2-1的微小振幅進行放大，然后借助安裝在振動工具頭上2-3上的撞針2-4按成形軌跡沖擊金屬板材表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產(chǎn)生塑性變形而延伸，使金屬板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形， 即可得到折彎形整體壁板。
以上所述的雙曲度折彎形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，根據(jù)成形軌跡編制的數(shù)控加工程序進行重復(fù)噴丸加工或改變超聲波發(fā)生器1的電流大小控制撞針2-4的振幅， 如撞針2-4的振幅可在5至50 μ m內(nèi)調(diào)整，將覆蓋率控制在100%至300%，板材的彎曲變形量隨噴丸加工速度大小而增減，即可得到需要的雙曲度折彎形整體壁板。
以上所述的雙曲度折彎形整體壁板的超聲波噴丸成形方法，所述的撞針2-4的直徑為2毫米、3毫米或6毫米。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，它包括以下步驟利用超聲波噴丸設(shè)備，所述的超聲波噴丸設(shè)備包括超聲波發(fā)生器(1)和沖擊槍0)，所述的沖擊槍( 安裝在數(shù)控機床主軸C3)側(cè)面，所述的沖擊槍( 包括超聲波換能器 0-1)、與超聲波換能器相連的變幅桿0-2)、與變幅桿(2- 連接的振動工具頭 (2-3)和安裝在振動工具頭(2- 上的撞針0-4)；在超聲波噴丸前先利用撞針(2-4)進行對刀，然后根據(jù)整體壁板成形形狀的需求設(shè)定不同的成形軌跡，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按照設(shè)定的成形軌跡編制數(shù)控程序移動，帶動沖擊槍的移動并控制其移動路徑，然后開啟超聲波發(fā)生器(1)，超聲波換能器(2-1)將超聲波發(fā)生器(1)產(chǎn)生的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，然后再通過變幅桿(2- 將超聲波換能器(2-1)的微小振幅進行放大，然后借助安裝在振動工具頭上(2- 上的撞針(2-4)按成形軌跡沖擊金屬板材表面，在金屬板材內(nèi)部誘導(dǎo)出不平衡的應(yīng)力分布形式，使金屬板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形，得到不同曲度的典型單、雙曲度整體壁板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，金屬板材的超聲波噴丸區(qū)域為單面或雙面，撞針0-4)的振幅由超聲波發(fā)生器(1)的電流大小控制，撞針(2-4)的振幅為5至50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，所述的撞針(2-4)的直徑為2毫米、3毫米或6毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，所述的成形軌跡為錐形整體壁板成形軌跡、凸峰形整體壁板成形軌跡或折彎形整體壁板成形軌跡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，所述的錐形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿著平行于金屬板材的斜邊的直線路徑、再沿著中間垂直于底邊的直線路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，所述的凸峰形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先沿金屬板材的對稱中心軸呈“十” 字形的直線路徑、再沿著板材對角線的直線路徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，其特征在于，所述的折彎形整體壁板成形軌跡的數(shù)控加工程序為按照先在金屬板材正面沿著長邊方向的直線路徑、再在板材反面中部沿著短邊方向的直線路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單、雙曲度整體壁板的超聲波噴丸成形方法，該方法利用超聲波噴丸設(shè)備，根據(jù)整體壁板成形形狀的需求設(shè)定不同的成形軌跡，并在數(shù)控機床上編制與成形軌跡相應(yīng)的數(shù)控程序，使機床主軸按編制的數(shù)控程序移動，并控制沖擊槍(2)的移動，利用超聲波換能器(2-1)將超聲波發(fā)生器(1)產(chǎn)生的振蕩電信號轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機械振動，再通過變幅桿(2-2)將微小振幅進行放大，借助振動工具頭(2-3)上的撞針(2-4)按成形軌跡沖擊板材表面，使板材在沖擊方向上發(fā)生凸起彎曲變形，得到不同曲度的單或雙曲度整體壁板。該方法可操作性能強、工作效率高，成形精度高、適用范圍廣泛，可用于加工制備精度要求高的不同曲率和不同形狀的單、雙曲度航空航天領(lǐng)域中的整體壁板。
文檔編號B24C3/32GK102513942SQ20111042202
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者付裕, 林明路, 王德亮, 金斌, 陳維, 高琳, 魯世紅 申請人:南京航空航天大學(xué)