预应力喷丸:预应力喷丸成形技术概述

1预应力喷丸成形技术

通常情况下,喷丸成形前的零件完全处于自由状态,喷丸成形所引起的零件变形量与喷丸强度、弹丸覆盖率和零件厚度有关。影响喷丸强度的因素主要有与弹丸有关的参数,包括弹丸材料、弹丸热处理状态和弹丸直径,以及与喷丸设备有关的参数,包括弹丸速度和喷射角度。影响弹丸覆盖率的因素主要有喷丸时间和受喷零件的材料性能。因此,针对一定的喷丸设备和弹丸,采用最大覆盖率喷丸成形特定材料和厚度的零件时,所获得的变形量是定的,该变形量反映了相应条件下的喷丸成形极限。

超临界机翼是现代先进飞机的一个重要特征,作为构成机翼外形重要零部件之一的整体壁板在外形上具有复杂马鞍形和扭转的特点,在内型上具有整体加强凸台、口框、孔及下陷等,整体带筋结构的应用也越来越多。对于这类零件,由于自由喷丸的成形极限较小,很难满足零件外形所需的变形量,为此出现了预应力喷丸成形技术。

如图3所示为预应力喷丸成形的原理图,在对零件喷丸之前,通过特定的工装夹具对零件施加一预定的载荷,从而使零件预先产生一定的弹性变形,然后再对受拉表面进行喷丸成形。在相同喷丸强度和覆盖率条件下,预应力喷丸的成形极限是自由喷丸的2~3倍,同时预应力喷丸还可有效控制沿喷丸路线方向的附加弯曲变形。

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目前,预应力喷丸成形技术在超临界机翼整体壁板的制造中已经获得应用,如图4所示为加拿大NMF公司采用预应力喷丸技术为以色列 Galaxy飞机制造的机翼带筋整体壁板。预应力喷丸成形技术的应用,避免了采用机械弯曲的方法成形该类零件所带来的对疲劳寿命的不利影响。

当然,要对零件施加预应力需要设计制造专门的预应力夹具,预应力夹具设计时要确保简单、轻便、易于操作,并要与所采用的喷丸设备相协调。因此,进一步研究简单易行的预应力加载方式以及采用有限元法分析和精确确定所施加预应力的大小,以确保零件在预应力下完全处于弹性变形范围内,将是预应为喷形技术的发展趋势。

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