[发明专利]深滚压成形

说明书

本发明的名称是深滚压成形。公开了使用深滚压形成曲面结构的方法和系统。方法包括使用深滚压向工件的一个或多个部分引入塑性形变以在工件中形成凸的曲面。工件和随后形成的曲面结构可以是金属或复合材料。例如，公开的深滚压系统和方法形成曲面飞机板，同时还在形成过程期间而不是在后生产表面处理时提供疲劳强度提高和低水平的加工硬化。

技术领域

本教导一般涉及形成曲面结构(contoured structure)，和更具体地涉及使用深滚压形成曲面结构。

背景技术

现代飞机在包括蒙皮、观察板、机翼襟翼和机身区段的各种应用中利用曲面结构，如弯曲的金属板。形成曲面金属板的常规方法包括喷丸硬化和激光冲击硬化(laser shockpeening)。在喷丸硬化成形中，金属、玻璃或陶瓷喷丸的流冲击金属工件的表面以弹性地和塑性地拉伸该表面并引入局部低塑性形变，其表现自身为残余压应力。弹性和塑性拉伸和压应力产生的组合引起金属板在喷丸硬化侧上形成凹曲度。由于过程变化性(processvariability)，随喷丸硬化出现问题。而且，喷丸硬化使用通常由铸铁、切割钢丝、玻璃或陶瓷制成的小喷丸，其经常破裂和需要定期更换。处理和处置更换的喷丸可以引起环境问题。

激光冲击硬化操作类似于喷丸硬化，但是使用脉冲的激光而不是钢或陶瓷件来冲击工件。然而，激光冲击硬化需要昂贵的设备并且在成形之前和之后需要耗时的掩膜/去掩膜步骤。

这些方法还增加工件的表面粗糙度，由此在将曲面引入金属板之后，需要额外的耗时和高成本的表面处理。形成曲面金属板的改进的方法将是期望的。

发明内容

下面提出简化的概括从而提供对本教导的一个或多个实施方式的一些方面的基础理解。该概括不是广泛的概述，也不是旨在标识本教导的重要或关键的要素，也不是划定本公开内容的范围。而是，其主要目的仅仅是作为序言为后面提出的具体实施方式提出简化形式的一个或多个概念。

在一方面，提供由工件形成曲面结构的方法。该方法包括提供包括第一侧和第二侧的工件，该工件具有大约2英寸或更小的厚度。工件可以被定位在定位器(fixture)上，使得工件的第一侧可接近深滚压工具。深滚压工具向工件的第一侧施加压缩力。深滚压工具可以相对于工件移动，同时在连续施加压缩力以向工件的第一部分引入塑性形变。可以调节深滚压工具以接触工件的第二部分并相对于工件移动以向工件的第二部分引入塑性形变。然后可以调节深滚压工具以向金属件的一个或多个额外部分引入塑性形变以向工件的第一侧引入凸的曲面。

在另一个方面，提供在交通工具上使用的板。该板可以具有2英寸或更小的厚度，1英尺或更大的长度，和0.5英尺或更大的宽度。板的第一侧可以包括具有从大约1英寸至大约300英尺的半径的凸的曲面，其中在第一侧上的凸的曲面通过深滚压过程引入。具有凸的曲面的板的第一侧可以进一步包括小于或等于表面粗糙度值Ra₁的表面粗糙度值Ra₂，其中Ra₁是在深滚压过程之前板的表面粗糙度和Ra₂是在深滚压之后且在任意表面处理之前的表面粗糙度值。

在另一方面，提供由工件形成曲面结构的系统。该系统可以包括定位工件和第一深滚压工具的定位器，所述第一深滚压工具包括能够向工件的第一侧施加0.1ksi至30ksi的力的工具元件。该系统可以进一步包括第一计算机数控(CNC)机床，其附接至第一深滚压工具，其中第一CNC机床控制第一深滚压工具相对于工件以0.01英寸/秒至10英寸/秒的速率移动。第一CNC机床还可以控制由第一深滚压工具向工件的第一侧引入曲面，该曲面具有大约1英寸至大约300英尺的半径。

附图说明

附图——其并入该说明书并构成该说明书的一部分——图解了本教导的实施方式并与说明书一起用于解释本公开内容的原理。在附图中：

图1A和1B描绘了包括各种曲面金属板的飞机；