一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具的製作方法

2023-06-01 20:51:11 5

一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具的製作方法
【專利摘要】一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具由剛性框架、上橫梁、下橫梁、連接梁、百分表（包含有磁性表座）和絲槓壓塊組件組成。剛性框架是由兩根立柱與上下連杆連接而成。上橫梁一端設有圓孔，另一端為條型孔，與頂部滑軌與剛性框架連接。下橫梁兩端為T字型，與剛性框架連接。連接梁兩端開有連接孔，與下橫梁連接。絲槓壓塊由絲槓壓杆和條型壓塊組成，絲槓壓杆下端為六面體平面，上部分開有工字頭，條型壓塊的外表面為半圓形，內部開有T型槽，條型壓塊與絲槓壓塊相互連接。百分表根據測量需要選用，設置在上橫梁的上部。該夾具結構簡單，可調節性高，對不同形狀壁板工件的預應力夾持具有通用性，同時可以監測加載和回彈的位移變化。
【專利說明】一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具
(-)【技術領域】
[0001]本發明提供了一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具，它主要應用在金屬構件雷射預應力成形中。屬於航空製造【技術領域】。
(二)【背景技術】
[0002]預應力夾具是雷射預應力成形時對板件施加彈性彎曲的一種工藝裝備。它不起成型模的作用，只是在板件的受雷射作用表面上產生預定的拉應力(不超過材料的屈服強度)，用來加大預彎曲方向的成形曲率，克服雷射成形的變形傾向，使板件按所需方向彎曲變形，從而獲得符合外形要求的零件。
[0003]在航空器的製造技術中，大型壁板類鈑金件的雷射預應力成形是一種新的成形工藝方法，在對這種大型整體厚蒙皮壁板進行雷射束掃描前必須對其施加預應力，以及在掃描過程中需進行的夾持。夾持和施加預應力的夾具是雷射成形的關鍵技術之一。大型的雷射成形設備有一個固定夾具和工件的剛性框架，該工件屬於壁板類零件，其形狀、曲率、大小各異，因此對夾具的組合調整能力，也就是夾具適應工件的變化能力的要求較高。現有技術中常用的夾具是通過與零件成形後的形狀、曲率相吻合的多組卡板將零件夾持固定在雷射成形設備的剛性框架上，然後通過調節上卡板逐漸逼近下卡板以至和壁板完全壓緊。試驗表明這種卡板式夾具達不到預期結果，鬆開卡板後有所回彈，同時一套卡板只限於一種壁板零件，對於形狀有所改變的壁板，該卡板不具備通用性。
(三)
【發明內容】

[0004]1.目的:本發明的目的在於提供一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具。
[0005]2.技術方案:
[0006]一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具主要由六部分組成:剛性框架、上橫梁、下橫梁、連接梁、百分表(包含磁性表座)和絲槓壓塊組件，下面主要介紹一下各部件的組成及連接方式。
[0007]所述的剛性框架由兩根立柱與上連杆和下連杆相互連接而成。在上連杆上開有滑軌，用於固定上橫梁，下連杆起加強剛性框架穩定性的作用。這兩個相互對稱設置的剛性框架由兩根下橫梁兩端的T字型上的連接孔與對應的立柱上的連接孔通過螺栓和螺母連接固定。
[0008]所述的上橫梁由方鋼加工而成，其一端設有圓孔，另一端為條型孔，用螺栓和螺母通過剛性框架的頂部滑軌與剛性框架連接成一體。安裝該夾具時，當上橫梁的圓孔端固定時，條型孔的設計可以讓上橫梁的條型孔端有15度左右的擺動位移，從而更好的適應壁板工件的形狀變化。上橫梁中間部分開有若干圓孔，每一個圓孔上焊接有厚螺母，用以與絲槓壓杆配合使用。
[0009]所述的下橫梁的兩端連接金屬板，使下橫梁的兩端成為T字型，在金屬板上開有連接孔，與立柱上的對應連接孔通過螺栓連接，使下橫梁與剛性框架連接成一個整體。在下橫梁的中間段開有若干條型孔，另有連接梁利用該條型孔通過螺栓和螺母與下橫梁連接成一個整體，該條型孔的作用是滿足連接梁的位置調整需求。
[0010]所述的連接梁也是由方鋼加工而成，兩端開有連接孔與條型孔配合連接，中間部分開有若干圓孔，對應圓孔焊接厚螺母，用以與絲槓壓塊組件配合使用。
[0011]所述的絲槓壓塊組件是施力組件，它由絲槓壓杆和條型壓塊組成。絲槓壓杆7下端為六面體平面，上部分開有工字頭，條型壓塊的外表面為半圓形，內部開有T型槽，條型壓塊的T型槽與絲槓壓塊的工字頭相互裝卡連接。
[0012]所述的百分表(包含磁性表座)是常用用品，是該夾具用來進行加載和回彈位移檢測的裝置，可以根據測量需要選用，它們設置在上橫梁的上部表面。
[0013]該夾具可以實現對壁板類工件的弦向和展向雙曲率夾持並施加成形預應力。弦向夾持和施力是通過固定在連接梁上的絲槓壓塊組件完成的，主要採用三點彎曲的方法，施加位移可以隨意調整，由於連接梁上設有多個連接孔，施力點可以隨意調節。根據工件的設計要求，在每一個連接梁上都可以進行弦向預彎夾持。對於展向預彎夾持，是通過固定在上橫梁上的絲槓壓塊組件施力完成。
[0014]為了更好的適應壁板的尺寸以及型號，本發明採用上橫梁在剛性框架上實現滑動的方法，通過在鋼性框架頂部開長槽形成滑軌，將上橫梁的兩端連接在滑軌上，橫梁相對滑軌的固定位置可以調節，通過上橫梁和連接橫梁的位置移動實現了對整個壁板無盲點的施加預應力。
[0015]該夾具的加載和回彈位移檢測裝置是百分表，它固定在上橫梁上部，通過大量程百分表多點同步檢測取平均值來實現對位移變化的監測。百分表與橫梁之間通過磁性表座連接，方便調整位置，可根據需求靈活檢測。
[0016]3.本發明的優點和有益效果是:該夾具結構可調節性高，對不同形狀壁板工件的預應力夾持具有通用性，同時可以監測加載和回彈的位移變化。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明所述夾具爆炸圖
[0018]圖2是本發明所述夾具結構示意圖
[0019]圖3-1是本發明所述夾具的組件剛性框架結構示意圖
[0020]圖3-2是本發明所述夾具的組件連接梁支撐塊結構示意圖
[0021]圖3-3是本發明所述夾具的組件上橫梁結構示意圖
[0022]圖3-4是本發明所述夾具的組件下橫梁結構示意圖
[0023]圖3-5是本發明所述夾具的組件絲槓壓塊結構示意圖
[0024]圖4是本發明弦向預壓彎夾持示意圖
[0025]圖5是本發明三點彎曲示意圖
[0026]圖6是本發明展向預壓彎夾持示意圖
[0027]圖中編號說明:1磁性表座、2百分表、3螺栓、4上橫梁、5螺母、6焊接螺母、7絲槓壓杆、8壁板工件、9條型壓塊、10滑軌、11連接梁、12剛性框架、13下橫梁、14條型孔、15條型孔、16上連杆、17下連杆、18 T型槽、19六面體平面、20立柱、21連接孔、22連接孔、23連接孔、24圓孔、25圓孔、26圓孔、27工字頭、28金屬板(五)【具體實施方式】
[0028]本發明一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具主要由六部分組成:剛性框架12、上橫梁4、下橫梁13、連接梁11、百分表2和絲槓壓塊組件，下面主要介紹一下各部件的組成及連接方式。
[0029]所述的剛性框架12是由兩根立柱20與上連杆16和下連杆17相互焊接而成。在上連杆16上開有滑軌10，用於固定上橫梁4，下連杆17起加強剛性框架12穩定性的作用。這兩個相互對稱設置的剛性框架12由兩根下橫梁13兩端的金屬板上的連接孔21與對應的立柱20上的連接孔22通過螺栓3和螺母5連接固定。
[0030]所述的上橫梁4由一段方鋼加工而成，在其一端設有圓孔24，另一端為條型孔14，用螺栓3和螺母5通過剛性框架12的頂部滑軌10與剛性框架12連接成一體。安裝該夾具時，當上橫梁4的圓孔24端固定時，條型孔14的設計可以讓上橫梁4的條型孔14端有15度左右的擺動位移，從而更好的適應壁板工件8的形狀變化。上橫梁4中間部分開有若干圓孔25，每一個圓孔上焊接有厚螺母5，用以與絲槓壓杆7配合使用。
[0031]所述的下橫梁13的兩端焊接金屬板(28)，使下橫梁的兩端成為T字型，在金屬板28上開有連接孔21，與立柱20上的對應連接孔22通過螺栓3連接，使下橫梁13與剛性框架12連接成一個整體。在下橫梁13的中間段開有若干條型孔15，另有連接梁11利用該條型孔15通過螺栓3和螺母5與下橫梁13連接成一個整體，該條型孔15的作用是滿足連接梁11的位置調整需求。
[0032]所述的連接梁11也是由方鋼加工而成，兩端開有連接孔23與下橫梁13上的條型孔15配合連接，中間部分開有若干圓孔26，對應圓孔26上焊接厚螺母5，用以在裝配和調節時與絲槓壓杆7配合使用。
[0033]所述的絲槓壓塊組件是施力組件，它由絲槓壓杆7和條型壓塊9組成。絲槓壓杆7下端為六面體平面19，上部分開有工字頭27，條型壓塊9的外表面為半圓形，內部開有T型槽18，條型壓塊9的T型槽18與絲槓壓塊的工字頭27相互裝卡連接。
[0034]所述的百分表2及磁性表座I是常用配套用品，是該夾具用來進行加載和回彈位移檢測的裝置，它們可以根據測量需要選用，它們設置在上橫梁4的上部表面。
[0035]該夾具可以實現對壁板類工件的弦向和展向雙曲率夾持並施加成形預應力。弦向夾持和施力是通過固定在連接梁11上的絲槓壓塊組件完成的，主要採用三點彎曲的方法，施加位移可以隨意調整，由於連接梁11上設有多個圓孔26，施力點可以隨意調節。根據工件的設計要求，在每一個連接梁11上都可以進行弦向預彎夾持。對於展向預彎夾持，是通過固定在上橫梁4上的絲槓壓塊組件施力完成。
[0036]為了更好的適應壁板的尺寸以及型號，本發明採用上橫梁4在剛性框架12上實現滑動的方法，通過在鋼性框架12頂部開長槽形成滑軌10，將上橫梁4的兩端連接在滑軌10上，上橫梁4相對滑軌10的固定位置可以調節，通過上橫梁4和連接梁11的位置移動實現了對整個壁板無盲點的施加預應力。
[0037]該夾具的加載和回彈位移檢測裝置是百分表2，它固定在上橫梁4上部，通過大量程百分表2多點同步檢測取平均值來實現對位移變化的監測。百分表2與上橫梁4之間通過磁性表座連接，方便調整位置，可根據需求靈活檢測。[0038]以下結合實施例附圖對該發明作進一步詳細描述。
[0039]如圖1所示是實施例中該組合預應力夾具的爆炸圖。該預應力夾具主要由六部分組成:剛性框架12、上橫梁4、下橫梁13、連接梁11、百分表2和絲槓壓塊組件。剛性框架12的兩部分由下橫梁13通過螺栓3螺母5連接，在兩根下橫梁13之間固定有連接梁11，上橫梁4由螺栓3螺母5固定在剛性框架12的頂部滑軌10上，百分表2通過磁性表座I固定在上橫梁4頂部。
[0040]如圖2所示是實施例中該組合預應力夾具的結構示意圖。該預應力夾具的主體部分固定在剛性框架12內，其中包括與剛性框架12固定連接的上橫梁4和下橫梁13，在上下橫梁之間是夾持壁板工件8的位置。在兩個下橫梁13之間設有多個連接梁11，每個連接梁11的兩端通過螺栓3與下橫梁13的條型孔15連接，該條型孔15與連接梁11成「十」交叉固定，連接梁11上設有焊接螺母6，通過焊接螺母6固定絲槓壓塊組件。特別強調的是絲槓壓塊組件在上橫梁4上的固定位置是可以根據需要調節的，上橫梁4與剛性框架12之間是通過滑軌10連接，上橫梁4在滑軌10上的固定位置是可以調節的，連接梁11在條型孔15裡的連接位置也是可以調節的，這些可調節性展示著本夾具的多組合與適應工件尺寸的能力。
[0041]參見圖3是實施例中的各個主要組件結構示意圖。圖3-1是實施例中夾具的組件剛性框架12結構示意圖。剛性框架12是由方鋼焊接而成，它可以拆成兩部分，這兩部分均由兩根立柱20與上連杆和下連杆焊接而成。在上連杆16的上部開有滑軌10，該滑軌10是一個槽形結構，與上橫梁4固定連接，通過螺栓3與螺母5來固定上橫梁4在滑軌10上的位置。每根立柱20上都開有連接孔22，用以與下橫梁13通過螺栓3螺母5連接。
[0042]圖3-2是實施例中夾具的組件連接梁支撐塊結構示意圖，它主要由連接梁11、絲槓壓杆7和條型壓塊9組合而成。該連接梁11兩端開有連接孔23，與下橫梁13的條型孔15通過螺栓3螺母5連接。在連接梁11的中間段開有若干圓孔26並設有焊接螺母6，用以與絲槓壓杆7配合，通過調整絲杆壓杆7的伸縮位移來施加預應力。
[0043]圖3-3是實施例中夾具的組件上橫梁4結構示意圖。上橫梁4由一段方鋼加工而成，在其一端設有圓孔24，另一端為條型孔14，用螺栓3螺母5通過剛性框架12的頂部滑軌10與剛性框架12連接成一體。條型孔14可以使上橫梁4與滑軌10保持垂直，也可以使上橫梁4繞固定好的圓孔24端有15度左右的偏轉，從而更好的適應壁板工件的形狀變化。上橫梁4的中間部分與連接梁11 一樣，設有圓孔25，並設有焊接螺母6，用以配合提供展向壓彎力的絲槓壓塊組件。
[0044]圖3-4是實施例中夾具的組件下橫梁13結構示意圖。該下橫梁13兩端焊接有鋼板，在鋼板上開有連接孔21。下橫梁13與立柱20上的連接孔22之間也是通過螺栓3連接，可以拆卸，從而將整體夾具拆開成兩部分，方便夾具的運輸與置放。下橫梁13中間段開有條型孔15，用以調節各連接梁11之間的距離，實現對工件無盲點的施加預應力。
[0045]圖3-5是實施例中夾具的組件絲槓壓塊結構示意圖。絲槓壓塊組件由條型壓塊9和絲槓壓杆7兩部分組成。條型壓塊9是由鋁棒加工而成的，鋁棒相對較軟，不會對壁板工件8造成應力集中破壞。條型壓塊9的外表面是半圓形，其內側有一個T型槽18，實施例中組件條型壓塊9的長度可以有很多種規格，一個條型壓塊9可以與多個絲槓壓杆7組件配合使用，以便向工件的某連續部位施加預應力。絲杆壓杆7的上端開有與條型壓塊9配合的工字頭27，下部加工成六面體平面19，方便與套筒扳手配合使用，同時根據壁板工件8預彎曲率的需求，絲槓壓杆7的長短也供選擇。
[0046]以上給出了該預應力夾具的幾個主要組合件，實施例中還有其他通用螺母組件配合使用。
[0047]需要雷射預應力成形的工件通常是大型壁板零件，成形後的零件一般具有雙曲度，該預應力夾具可以實現對壁板工件8的弦向和展向預彎夾持，壁板工件8連接梁11方向為弦向，壁板工件8的中心長度方向為展向。
[0048]對於需要弦向和展向雙曲度預彎夾持的壁板類工件，本發明提供一種預彎夾持方法，其特徵在於先進行弦向預彎夾持，再進行展向預彎夾持，弦向預彎夾持是將壁板工件8通過絲槓壓杆7與條型壓塊9固定在不同的高度位移，展向預彎夾持是通過調整弦向絲槓壓杆7的位移，使相鄰的絲槓壓杆7位於不同的平面上，通過相鄰絲槓壓杆7之間的剪切力實現對壁板工件8的展向預彎夾持。
[0049]參見圖4，對壁板工件8的弦向預彎夾持是通過固定在連接梁11上的絲槓壓杆7和條型壓塊9配合實施，對壁板工件8形成三點壓彎。其施力方向如圖5所示，其中A、B、C三點處施力的大小和施力點位置根據工件的成形需求均可調節。A、B兩個施力點的移動是通過調節上橫梁4在剛性框架12上的滑軌10中的位置來實現，C點的移動是通過絲槓壓塊組件在連接梁11上的等間距焊接螺母6上配合調節實施，A、B、C三點的施力大小是通過調節絲槓壓杆7在焊接螺母6上的緊固位移大小來調節，因此該夾具適應於各種形狀的壁板工件8，這就是該夾具的組合能力。對於長型壁板，通過一個個相鄰的連接梁11以及固定在連接梁11上的絲槓壓杆7和條型壓塊9對工件的不同弦向部位預彎夾持，根據工件的需求，為保證工件相鄰部位的受力均勻，在某些連續連接梁11的絲槓壓杆7的施力端頭加裝長條型壓塊，通過該長條型壓塊向工件施加連續的弦向預應力。
[0050]參見圖6，對壁板工件8的展向預彎夾持是在上橫梁4上設置焊接螺母6並安裝絲槓壓杆7和條型壓塊9，通過調節絲槓壓杆7的伸縮位移來控制壁板工件8的彎曲曲度，壁板工件8下部的支撐杆固定在連接梁11上，以此實現對壁板工件8的展向預彎夾持。根據壁板尺寸及需求，條型壓塊9的數量及尺寸可選，滿足不同曲率的壁板零件預彎夾持的要求。
[0051]參見圖4和圖6，圖中在剛性框架12頂部通過磁性表座I固定大量程百分表2，在壁板預裝卡完畢時調整百分表2針頭，使其與壁板工件8正好接觸，記下百分表2此時讀數，隨著預緊力的施加，壁板工件8加載後位移發生變化，百分表2可以很明顯的讀出位移大小。回彈位移的測量是先記下加載完畢時百分表2的讀數，壁板工件8在卸載後會回彈一定位移，等完全卸載結束時，百分表的讀數與之前讀數的絕對值差即為回彈位移。根據壁板工件8的尺寸大小以及預彎要求，可以調整百分表2的個數及測量位置。因為百分表2測量的是點位移變化，所以為了得到相對準確的測量結果，需要將對應位置的百分表測量的讀數取平均值。通過裝配大量程百分表2，使得本夾具帶有監測加載和回彈位移變化的功倉泛。
[0052]實現本發明的多功能組合思想，不限於本申請書所描述的連接梁11與上下橫梁的連接結構形式，但應滿足連接梁11的承力性和連接梁11相對位置的可變化性。
【權利要求】
1.一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具，其特徵在於:它由剛性框架(12)、上橫梁(4 )、下橫梁(13 )、連接梁(11)、百分表(2 )和絲槓壓塊組件六部分組成； 所述的剛性框架(12)是由兩根立柱(20)與上連杆(16)和下連杆(17)相互連接而成；在頂部的上連杆(16)上開有滑軌(10)，用於固定上橫梁(4)，底部的下連杆(17)起加強剛性框架(12)穩定性的作用；兩個相互對稱設置的剛性框架(12)由兩根下橫梁(13)兩端的T字型上的連接孔(21)與對應的立柱(20)上的連接孔(22)通過螺栓(3)和螺母(5)連接固定； 所述的上橫梁(4)由方鋼加工而成，其一端設有圓孔(24)，另一端為條型孔(14)，用螺栓(3)和螺母(5)通過剛性框架(12)的頂部滑軌(10)與剛性框架(12)連接成一體；安裝該夾具時，當上橫梁(4)的圓孔(24)端固定時，條型孔(14)的設計可以讓上橫梁(4)的條型孔(14)端有(15)度左右的擺動位移，從而更好的適應壁板工件(8)的形狀變化；上橫梁(4)中間部分開有圓孔(25)，每一個圓孔上焊接有厚螺母(5)，用以與絲槓壓杆(7)配合使用； 所述的下橫梁(13)的兩端連接金屬板(28)，使下橫梁(13)的兩端成為T字型，在金屬板(28)上設有連接孔(21)，與立柱(20)上的對應連接孔(22)通過螺栓(3)連接，使下橫梁(13)與剛性框架(12)連接成一個整體；在下橫梁(13)的中間段開有條型孔(15)，另有連接梁(11)利用該條型孔(15)通過螺栓(3)和螺母(5)與下橫梁(13)連接成一個整體，該條型孔(15)的作用是滿足連接梁(11)的位置調整需求； 所述的連接梁(11)也是由方鋼加工而成，兩端開有連接孔(23)與下橫梁(13)上的條型孔(15 )配合連接，中間部分開有圓孔(26 )，對應圓孔(26 )上焊接厚螺母(5 )，用以在裝配和調節時與絲槓壓杆(7)配合使用； 所述的絲槓壓塊組件是施力組件，它由絲槓壓杆(7)和條型壓塊(9)組成；絲槓壓杆(7)下端為六面體平面(19)，上部分開有工字頭(27)，條型壓塊(9)的外表面為半圓形，內部開有T型槽(18)，條型壓塊(9)的T型槽(18)與絲槓壓塊的工字頭(27)相互裝卡連接； 所述的百分表(2)和磁性表座(I)是常用配套用品，是該夾具用來進行加載和回彈位移檢測的裝置，它們是根據測量需要選用，它們設置在上橫梁(4)的上部表面。
2.根據權利要求1所述的一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具，其特徵在於:所述的剛性框架(12)是由兩根立柱(20)與上連杆(16)和下連杆(17)相互連接而成，採用焊接。
3.根據權利要求1所述的一種帶加載和回彈測量的雷射預應力成形夾具，其特徵在於:所述的下橫梁(13)的兩端連接的金屬板(28)，採用焊接。
【文檔編號】B21D43/00GK103551469SQ201310491644
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】李衛東, 溫正略, 張樂, 王秀鳳, 萬敏 申請人:北京航空航天大學