本文围绕壁板、夹具、预应力、立柱、成形、喷丸、曲率、要求、位置、框架等有关词展开编写的关于预应力喷丸成形技术应用的桐城壁板夹具预应力相关文章，仅供大家了解学习。

预应力喷丸技术喷砂房喷丸是通过高速运动的金属颗粒来传递能量。大量丸料的冲击使板材的喷涂表面形成密集的凹坑。当表面凹坑达到饱和时，板材表面材料的线性延伸停止，变形程度不再增加。所以喷丸的变形是有一定限制的，只能应用在厚度比较小，外观比较平整的面板上。近年来，人们一直试图通过各种途径来提高喷丸能力的极限。主要方法有:采用大直径铅球(大φ10mm)，提高单位时间的丸料流速(高可达200kg/min)。然而，预应力喷丸是为了解决翼板马鞍形区域的成形问题而开发的。从大量的实验研究中，人们逐渐发现，在喷丸过程中使用预应力不仅可以提高壁板成形方向的可控性，而且在相同的喷丸强度下，喷丸极限比自由喷丸提高了30%~50%，大大提高了喷丸在大型壁板成形中的适应性。

1.预应力喷丸的原理

乐彩汇预应力喷丸是指在预应力夹具上对板材进行预弯曲，在弯矩的作用下使板材弯曲，然后在板材的拉伸表面进行喷丸的方法。当预应力喷丸时，喷丸表面受到处于拉伸应力状态的丸料的冲击。与自由状态相比，这种拉应力有助于扩展喷丸材料，同时加深压应力层的深度，增加压应力层中残余压应力的平均值，保证板材能在要求的方向成形。预应力施加的过程是弹性变形，应力应变关系符合弹性本构方程。外表面应力被双向拉伸，内表面应力被双向压缩。

乐彩汇一般来说，大尺寸壁板的预应力喷丸可以分为弦向(横向)和展向(纵向)两种方式。大尺寸壁板弦向预弯曲喷丸时，相当于两种应力应变状态的叠加，使得壁板表层的横向拉应变增大，约等于预弯曲应变和喷丸应变之和，内表层的压应变也增大，从而达到增大弦向变形的目的。在弦向预弯曲状态下，展向仅相当于自由喷丸。在大多数情况下，展向预应力喷丸只有在壁板弦向已经达到或超过形状要求时才进行，展向形状是在预弯曲状态下，通过在特定区域喷射和排放材料获得的。展向预弯曲也增加了展向应变，降低了对丸料撞击动能的要求。因此，预应力喷丸使许多在自由状态下不能喷丸达到所需形状的壁板形成预期形状，有效地扩大了喷丸工艺的应用范围。

当大型板在外力作用下发生弹性预弯曲时，外部势能的变化全部转化为应变能，储存在物体中。随着外力的逐渐增大，面板材料会经历弹性状态到塑性状态，这是一个连续的过程。尤其是大部分飞机壁板都是高强度铝合金材料，没有明显的屈服状态。因此，当对大型面板施加预应力时，外力施加在面板上，使其发生弹性变形。它不起成形模具的作用，只是在板材的喷涂表面产生预定的拉应力(不超过材料屈服强度)，目的是增加成形曲率，克服喷丸的球形变形倾向，使板材向所需方向变形。预应力按三点弯曲原理施加，其中两点起支点作用，另一点反方向施力，起顶点作用。根据预弯方式，预应力夹具可分为弦向预弯、展向预弯和局部预弯三类。

2.预应力夹具的工作原理和总体结构

乐彩汇新支线飞机外翼下翼壁板为超临界整体厚壁板，不仅结构复杂，而且为双曲率形状。成型极其困难，在自由状态下已经超过喷丸极限。它必须在喷丸前施加预应力，并在喷丸过程中夹紧。因此，预应力喷丸是新支线飞机外翼下翼壁喷丸的关键技术。

乐彩汇喷丸过程中，前期采用夹板预应力喷丸夹具(见图1)对新支线飞机外翼下翼壁板进行预弯夹紧，不仅工艺稳定性差，产品质量波动大，而且加工周期长。

因此，迫切需要对此类长板预应力夹具进行优化和改进，以提高产品质量，实现面板的快速定位、夹紧和施力，缩短面板的加工周期。

乐彩汇图1夹板式预应力喷丸夹具

(1)工作原因

根据新支线飞机外翼下翼壁板的结构和形状特点，预应力夹具在跨弦方向的预弯采用三点弯曲的方法，施加的力可以任意调节(见图2)。

图2三点弯曲示意图

乐彩汇为了满足预应力夹具的柔性要求，以便加工不同尺寸的零件，如图2所示，施加点A、B、C都可以上下移动。A和C之间的运动是通过U形槽压板和立柱上等间距的孔来实现的。B点是使用特殊的弓形夹，可以安装在立柱上的任意位置，完成位置调整。每组与压板和弓形夹相配合的压紧螺钉通过不同长度的T型槽半圆压块压紧墙板，保证施力平衡。

(二)总体结构

预应力夹具应包括两个主要结构:基本框架和施力主体(见图3)。

乐彩汇基础框架:机床框架设有专用的传递整体梁(可分段设计，刚性连接)用于施力体的安装，其中上梁与机床框架上的连接板的距离不小于360mm，下梁与地面的距离不小于900mm；施力体分为弦向预弯曲施力体和展向预弯曲施力体。梁根据下中壁板1~24肋(23肋除外)位置设置弦向施力体，在1~11肋位置设置展向施力体。要求一根肋骨施力体与机床机架左立柱的距离为2 m，施力体垂直于机床机架平面，水平方向距离可调。

乐彩汇图3夹具整体结构示意图

乐彩汇根据新支线飞机外翼下翼壁板喷丸的要求和特点，预应力夹具应满足以下要求:

(1)通用性强，适用于喷丸处理中新支线外翼下翼面六块壁板的弦向和展向预弯。

乐彩汇(2)设计基准:适当平移机翼面板的设计弦平面，使其与机床框架平面重合，并保证机床框架两侧面板的翘曲不大于150mm。

乐彩汇(3)要求在正常使用过程中，夹具与机床的连接部分不能永久变形。

(4)施力体的结构满足相应的运动要求，如图4所示。

乐彩汇图4是夹具施力体的运动示意图

(5)弦向预弯施力体:要求在第2~22根筋的每个筋位、第2~3根筋之间的中间位置、第1~2根筋的两端位置分别设置24个弦向预弯施力体，平行于第2根筋的安装位置可以设置在第1 ~ 2根筋的中间。要求下前、下后壁板在下中壁板对应位置可以共用弦向施力体，每个筋位不同壁板的宽度由不同的孔系控制。另外，在下前壁板靠近15肋部的端部设有定位支撑杆；下后壁靠近10肋部的一端设有定位支撑杆；在靠近1肋部分、3肋部分和肋间翼稍端的弦向预弯力体下分别设置定位块。定位块应确保零件的对接边缘在夹紧后保持水平。

(6)弦向受力体上压块的设置原则:要求下中壁板19~24各肋位的弦向预弯受力体压块压在口框边缘，其它肋的弦向预弯受力体压块压在靠近搭接区的部位内缘，深度为该部位内缘50mm的连续可调量。

(7)要求弦向预弯力施加体的压块与肋2、3、2、3之间的中间部位的接触部分为R50 mm的球头

(8)要求顶块弦向预弯力采用φ；50毫米铝条安装可靠，更换方便。要求任意两个弦向预弯力体能同时夹紧一根杆件φ50mm铝棒，或者一件可以单独拿φ50毫米铝棒；要求任意两个弦向预弯力体的上下压头能夹住一个φ；50mm铝棒，也可以单独夹紧φ50毫米铝棒。

乐彩汇(9)展向预弯施力体:共5个，其中3个分别用于2、3、2、3肋间中间位置的展向预弯，另外2个用于4~11肋的展向预弯。

(10)要求展向预弯施力体的压头与零件的接触部分应为R50mm球头。

(11)要求翼展方向预弯曲剂的三个压头和翼展方向预弯曲剂的压头为弓形夹的形式，其可以沿着支柱的上部和下部位置连续调节和互换。

(12)需要单独配置16个弓夹形式的压头，其中φ；八个50毫米铝棒和八个r50毫米球头。

(13)要求弦向预弯在0～60mm范围内连续可调。

乐彩汇(14)要求2~11肋部考虑展向预弯曲，加强弦向施力体，确保2~11肋部的展向预弯曲施力体可以作为基准继续施力，并整体移动展向预弯曲施力体，实现展向预弯曲功能。施力方式可以是螺钉结构，螺钉全长大于350mm。在翼展方向施力主体就位后，弦向施力主体可被移除，以便不影响喷丸处理。

(15)要求压板、螺钉、螺栓等所有易损件的配置数量。应为实际使用量的1.4倍。

乐彩汇(16)要求在所有相关位置预留安装孔。

乐彩汇(17)要求在每个施力体上标出适用的肋位置，共用弦向预弯施力体上不同面板的定位块应有防错标记。

乐彩汇(18)下后壁板的4肋弦向施力主体被允许平移，但是用于形成下后壁板的三角形区域的铝棒被添加到3肋和4肋弦向预弯曲施力主体。

(19)清晰完整的标识。

(20)夹具的总质量不得超过2t。

乐彩汇(21)夹具在机床框架中心两侧的总宽度不得超过285mm。

乐彩汇3.柔性预应力夹具的优化要求

预应力夹具总设计长度近14m，使用零件数以千计，不仅装配难度很大，而且新支翼下翼壁板的夹紧工作也更加繁琐。为了提高预应力夹具的性能，需要对其设计方案进行一系列优化，实现预应力夹具的组合化、标准化和系列化。

(一)基本框架组合

1.基本框架的组合

基本上框架既要有足够的刚度，与机床框架连接方便可靠，又要能与夹具的施力体连接，保证夹具在面板预弯过程中稳定可靠。

2.施力体的组合

乐彩汇施力体按结构分为滑轨、立柱、弓形夹和压板。

(1)滑轨的组合:预应力夹具使用的滑轨应有配套的螺栓和螺母，便于工人取用。

乐彩汇(2)立柱组合:预应力夹具所有立柱上的固定孔尺寸相同，使用的压紧螺钉和实心螺钉均根据固定孔尺寸设计制造，兼容性高。

(3)弓夹组合:弓夹的结构和尺寸根据立柱的结构和尺寸设计，并配有专用手柄。

乐彩汇(4)压板组合:预应力夹具的压板可以通用，并配有专用手柄、压块和螺钉。

乐彩汇(2)夹具零件的标准化

1.螺钉和螺栓的标准化

乐彩汇统一压板压紧螺钉均为M30，滑轨与立柱连接螺栓为M20，有效长度为100mm。

2.压盘的标准化

压板的可调量为60mm，长度为180mm。

3.铝杆的标准化

顶块的铝杆都是φ；50毫米.

4.列的标准化

乐彩汇弦柱上的固定孔都设计成φ；1 mm通孔，间距60mm，长度与夹具高度一致。

5.压头标准化

施力体的压头与零件的接触部位均为R50mm球头。

(3)夹具零件的系列化

1.铝杆的系列化

顶块铝条的长度规格有100mm、220mm、800mm、900mm、1.1m、1.2m、1.5m、3m，以适应不同尺寸零件的夹持。

2.压缩螺栓的系列化

压紧螺钉的长度规格有250mm、280mm、350mm、400mm，用于对墙板的不同部位进行不同程度的预弯。

3.列的序列化

乐彩汇为了满足墙板不同肋位的需要，柱子设计成90 度垂直柱，60 度斜柱等类型。

4.柔性预应力夹具的优化设计。

乐彩汇(一)夹具的总体结构设计

夹具的总设计重量接近2t。为了防止夹具的重力作用在机床的上梁或下梁上，造成严重的下凹变形(见图5(a)和图5(b))，并使夹具的重力均匀分布到上下梁上(见图5(c))，立柱两端的谷物滑轨的孔距应与上下滑轨的孔距相同。

因为机床的上下横梁有一定的弹性，可以同时承受立柱的重力。当立柱被机床的上梁向上拉时，它也被下梁向上支撑。这样立柱的重力就分散到上下横梁上，减少了机床机架的变形。以长的墙-015为例，除4肋柱和24肋柱为斜柱外，其余柱均垂直于机床机架水平面，作为承重柱使用(见图6)。

乐彩汇图5喷丸机上、下横梁的机械示意图

乐彩汇图6喷丸夹具和机床上下横梁安装图

(2)夹具的弦结构设计

乐彩汇为保证夹具的刚度满足要求，且夹具的总质量不超过设计要求，每个肋位设置一个80mm×。弦柱采用壁厚为5mm的80mm方钢。12.5长的马鞍形双曲墙板共有22根弦向柱作为弦向施力体，局部还提供了与单螺杆匹配的光滑压板，使施力灵活方便。

每根立柱的压紧螺钉与压板和弓形夹相配合，通过不同长度的T型槽半圆压块压紧墙板，达到力的平衡。为了防止墙板被压坏，压块由硬铝制成。t型槽半圆压块短100mm，长4m。还配有与单螺杆局部匹配的光滑压块，灵活方便施力。

(3)夹具的跨越结构设计

乐彩汇通过在滑轨上来回移动弦柱和展向柱来实现具有不同结构和尺寸的面板的展向成形。具体来说，夹具的上下横梁上设有滑轨，滑轨上设有间距为50mm的圆孔，通过M20螺栓与立柱上的孔连接。通过立柱和滑轨上不同位置的孔的配合，实现面板跨度预弯的粗调。

展向柱用于展向弯曲较大的1-11肋位置。在这14根弦向柱的上下两侧开有两个与展向柱连接的M30螺栓孔，四根展向柱与它们一起使用。

乐彩汇由于被加工零件长度不同，大长度超过12m，夹具总长度近14m。考虑到整个工装机床的强度、刚度、重量和制造可行性，夹具由槽钢和方钢焊接而成的三个上框架和三个下框架组成。框架由钢板和螺栓连接。上下框架通过螺栓与机床连接，夹具灵活，拆装方便。机床机架有几个φ；15mm孔，使夹具和机床框架完全成为一体。上下框架的横梁上根据肋的位置打有安装滑轨的孔，它们的组装也是通过螺栓螺母完成的。

乐彩汇(4)固定装置的识别标志

乐彩汇为了提高预应力夹具的通用性，要求对新支线外翼下翼的六块面板(图号为前下面板572A2000-014-001/002、中下面板572A2000-015-001/002和后下面板572A2000-016-001/002)进行喷丸处理。4~23根肋柱的位置设计与6块墙板的肋位相吻合。无论安装哪种墙板，都不需要更换。只需调整1~3根肋柱和24根肋柱的位置，即可保证墙板的夹紧。上下横梁上打有需要的定位孔，供立柱调整，方便工人安装使用。

5.预弯位置的确定和预弯量的测量

大型双曲壁板的数学曲面一般包含几个不同特征的马鞍型和双凸型区域。预弯施加预应力时，支点和压点的位置难以确定。特别是对于形状突变的复杂区域，三个预弯点的相对位置差异会导致喷丸后该区域形状发生变化。如果预弯位置不合适，墙板的变形会偏离要求的形状，甚至产生相反的效果。根据实践经验，预弯位置的设计关系到大型壁板的喷丸。

(1)预弯位置的确定

对覆盖件三维数值模型进行系统的几何分析是确定预弯位置的基础。从数学的角度来看，双曲面板外表面上各点的曲率一般由大曲率和小曲率两个主曲率组成，这两个主曲率相互垂直或成一定角度，大曲率的方向往往与面板的弦方向近似一致，称为弦曲率。小曲率的方向通常与壁板的展向曲率大致相同，称为展向曲率。通过分析壁板不同区域的几何特征，可以确定弦向和展向预弯的位置以及三点预弯支点和压力点的位置。

乐彩汇大壁板马鞍形区域的两个主曲率符号不同，应该存在一个展向曲率由凹变凸的边界点，以及一个展向弯曲半径小的凹点。如图7所示，A、B、C、D四个点是翼片展向轮廓面两边缘上典型马鞍形区域的边界点，E是ab线上主小曲率(即展向曲率)的大点，F是cd线上主小曲率的大点。因此，展向预弯曲线ac、ef和bd构成展向三点预弯曲位置，其中ac和bd是支点位置，ef是按压点位置。

乐彩汇图7确定鞍座区域预弯位置示意图

(2)预弯曲的测量

当外力施加到大尺寸板进行预弯曲时，有两个变量，应力和应变。应变值易于测量和控制，通常通过用弓形计测量弯曲半径来计算应变。

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