钣金薄壁结构件喷丸强化的变形控制研究

1 引言

        随着科学技术的发展，以提高飞机零部件疲劳性能为目 的的喷丸特种工艺日益受到重视。但喷丸强化后薄壁钣金件 的变形问题成为困扰喷丸工艺的重大难题。

        本文针对 ARJ 飞机主框缘条零件加工变形的控制要求， 通过喷丸加工对比试验，提出钣金薄壁结构件喷丸强化的变 形控制方法。

2 型材类钣金薄壁结构件特点及喷丸强化的必要性

        主框缘条的为应力敏感性材料；其外表面与机身理论外 形配合，立筋面与球皮理论外形配合，单个零件需要同时保 证两个复杂双曲率外形，角度、外形流线度要求特别高；缘 条厚度呈斜削变化，平均厚度为 2.25MM，最小厚度更是低达 1.5MM，主框缘条由呈 Y 型的型材拉弯而成的钣金件，参见 图 1 和图 2：

        由于主框缘条是同时承受循环拉伸和剪切复合作用的 耐疲劳承力件，为保证该零件的设计使用寿命，因此，喷丸强化做为一种提高使用寿命的有效方法，设计要求必须采 用。

3 主框缘条零件变形原因分析

        3.1 由于该零件属薄壁结构件，且零件的材料为 7075-O，热处理到 T73，此种材料对应力敏感

        在喷丸强化的同时也在对零件进行喷丸成形。喷丸成形 的基本原理是利用高速弹流撞击零件表面，使受喷表面的金 属围绕每个弹丸向四周延伸，金属的延伸超过材料的屈服极 限，产生塑性变形，形成压坑，从而引起受喷表层的面积增 大，但表层的材料延伸有为内层金属所牵制，因而在零件表 层产生残余压应力，内应力平衡的结果使零件发生弯曲变形。

         3.2 零件外形结构复杂

          截面为 Y 字由多个不同半径的圆弧圆滑过渡而成，见图 3，且缘条腹板面与机身理论外形配合，立筋面与球皮理论 外形配合，单个零件需要同时保证两个复杂双曲率外形，角 度、外形流线度要求特别高；

4 试验方法

        4.1 测量部位和检测方法

        如图 4 所示， 测量部位为机身理论外形和球皮理论外形：

检测方法:

          贴检验模，沿缘条弧长使用塞尺对 A、B、C 区域间隙进 行测量，要求间隙不大于 0.8mm，具体参考图 5 。

          4.2 喷丸参数和喷丸顺序对薄壁钣金件的外形的影响

          4.2.1 使用高低强度两组参数对主框缘条零件进行喷 丸强化，要求覆盖率均为 100%，试验参数及结果如下

          表 1 为使用的高强度喷丸参数，零件喷丸前后贴检验模变形数据对

           通过表 1 和表 2 数据对比来看，改变喷丸强度值能够有 效控制零件变形量和变形区域，但局部仍还存在变形。

           4.2.2 改变零件表面喷丸顺序对变形尺寸的影响

           由于主框缘条零件外形结构复杂，故采用数控喷丸设 备，精确控制喷丸轨迹，使用低强度参数，通过以下两种方 式开展试验。

             表 3 为按方式 1 的喷丸顺序进行喷丸强化，零件喷丸前后贴检验模 变形数据对照表：

            通过表 3 和表 4 数据对比来看，优化零件的喷丸各表面 的喷丸顺序，可以尽可能的控制钣金薄壁结构件喷丸强化后 的变形量，满足最终的装配要求，但钣金薄壁结构件喷丸强 化后的变形不可避免。

5 结论

             本文从 ARJ 飞机主框缘条零件的喷丸强化变形控制出发 （病句），针对不同喷丸参数和喷丸顺序进行对比试验，得 出对于厚度小于 3mm 的钣金薄壁结构件，应选择较低的喷丸 强度值，在满足零件疲劳寿命的同时，尽可能的减少零件变 形量以满足最终的装配要求；同时，用根据零件的外形结构 特点选择最优喷丸顺序，避免零件喷丸强化发生剧烈变形。 在达到喷丸强化效果的基础上，零件尺寸变形得到有效的控制。