噴丸作為一種表面強(qiang)化(hua)工藝，它的歷(li)史可追(zhui)溯到公元前 2700 年，可謂歷(li)史悠久(jiu)。據記載，當時(shi)的鐵匠就已經認(ren)識到在(zai)冷態下經過(guo)錘(chui)子錘(chui)打的金(jin)屬可以變得更加(jia)堅硬。中世(shi)紀(ji)的歐洲人(ren)在(zai)使用(yong)馬拉轎車(che)中發現，同樣的板式彈(dan)簧，凡經過(guo)表面吹沙處理的，使用(yong)壽命顯著提高。這(zhe)些只是人(ren)們對噴丸的最初認(ren)識，在(zai)進入20 世(shi)紀(ji)后(hou)，人(ren)們便開始(shi)使用(yong)金(jin)屬顆粒(li)對彈(dan)簧和(he)大型(xing)齒輪的齒根進行噴丸強(qiang)化(hua)處理。

      尤其是到了(le)20 世(shi)紀 40 年代，大(da)批研究者開(kai)始在噴(pen)(pen)丸(wan)工(gong)(gong)藝方面做出了(le)大(da)量(liang)的(de)研究和探索，對(dui)噴(pen)(pen)丸(wan)工(gong)(gong)藝的(de)認識也(ye)提(ti)升(sheng)到一個(ge)更高層次，從而推動和擴展了(le)這(zhe)項工(gong)(gong)藝的(de)應用范圍。洛克希德·馬丁公司的(de)工(gong)(gong)程師 Jim Boerger 從噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)化(hua) Almen試(shi)片(pian)中得到啟發，開(kai)創了(le)一種現代飛機制造(zao)中的(de)先進成形技術(shu)——噴(pen)(pen)丸(wan)成形技術(shu)。

      噴(pen)丸成形的(de)基本(ben)原理是：利用高速彈丸（直徑1-6mm）流撞(zhuang)擊(ji)金屬(shu)(shu)板(ban)材(cai)的(de)表(biao)面，使受撞(zhuang)擊(ji)的(de)表(biao)面及(ji)其下層金屬(shu)(shu)材(cai)料(liao)產(chan)生塑性變形而延伸(shen)，從而逐步使板(ban)材(cai)發生向受噴(pen)面凸起的(de)雙向彎曲(qu)變形。

噴丸成形技術的優點主要有:

1)工(gong)藝裝備(bei)簡(jian)單,不需(xu)要成(cheng)形模具,因此零(ling)件(jian)制造成(cheng)本低,對零(ling)件(jian)尺(chi)寸大小的適應性強(qiang);

2)由于噴丸成形(xing)后,沿零(ling)件厚度方向(xiang)在上(shang)、下(xia)兩個表(biao)面均形(xing)成殘余壓應力(如下(xia)圖(tu)所示),因(yin)此在零(ling)件成形(xing)的(de)同時,還可以改(gai)善零(ling)件的(de)抗疲勞性 能;

3)既可以成(cheng)形(xing)單曲率零(ling)件(jian)(jian),也可以成(cheng)形(xing)復雜雙曲率零(ling)件(jian)(jian)。

正是基于這(zhe)些優點，噴丸成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)已廣泛應用(yong)于航空(kong)航天等領域(yu)的(de)整體壁(bi)板(ban)零件制(zhi)造(zao)。美(mei)國率先(xian)在(zai)“星(xing)座號”飛(fei)機(ji)上(shang)采用(yong)噴丸成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)制(zhi)造(zao)機(ji)翼整體壁(bi)板(ban)，20世紀50年代(dai)中期開始(shi)，噴丸成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)開始(shi)踏上(shang)航空(kong)制(zhi)造(zao)的(de)歷史舞臺(tai)，包括民用(yong)軍用(yong)飛(fei)機(ji)機(ji)翼、機(ji)身(shen)等壁(bi)板(ban)類零件的(de)成(cheng)(cheng)形等。

近年來,隨著現代飛機對整體氣動性能的要求越來越高,以及計算機技術的快速發展,大大促進了噴丸成形技術的研究和開發,出現了預應力噴丸技術、數字化噴丸成形技術、新型噴丸成形/強化技術等,大大擴展了噴丸成形技術的加工能力和應用范圍。

1、預應力噴丸成形 

        進(jin)入 20 世紀(ji) 80 年代以(yi)后(hou)，超臨(lin)界機(ji)翼成(cheng)(cheng)為飛機(ji)的(de)(de)先進(jin)性重要(yao)標(biao)志，組成(cheng)(cheng)機(ji)翼的(de)(de)整體(ti)壁(bi)板(ban)也(ye)出現(xian)了復雜(za)馬(ma)鞍(an)形(xing)(xing)(xing)(xing)和扭轉特點(dian)，而且帶筋結構明顯(xian)增多。對于(yu)此(ci)類零件傳統噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)很難滿足其所需(xu)變形(xing)(xing)(xing)(xing)量，為此(ci)預(yu)應(ying)力(li)(li)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)技術(shu)便得到了重視。預(yu)應(ying)力(li)(li)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)(shi)一種在(zai)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)前借助(zhu)預(yu)應(ying)力(li)(li)夾具(ju)在(zai)板(ban)坯上施(shi)加彈(dan)性變形(xing)(xing)(xing)(xing)力(li)(li)，然后(hou)對其進(jin)行噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)的(de)(de)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)方(fang)法。在(zai)相同條件下，預(yu)應(ying)力(li)(li)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)的(de)(de)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)極限是(shi)(shi)自(zi)由噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)的(de)(de)2-3倍，同時預(yu)應(ying)力(li)(li)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)還(huan)可有效控制沿噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)路線方(fang)向的(de)(de)附加彎曲(qu)變形(xing)(xing)(xing)(xing)，該技術(shu)的(de)(de)應(ying)用進(jin)一步推動了噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)技術(shu)的(de)(de)發展。

       目前,預(yu)應力噴(pen)丸(wan)成(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)在超臨界機(ji)翼(yi)整體壁板(ban)的制造(zao)(zao)中已經獲得應用(yong)(yong),加拿大NMF公司采(cai)用(yong)(yong)預(yu)應力噴(pen)丸(wan)技(ji)術(shu)(shu)為(wei)以色列Galaxy飛機(ji)制造(zao)(zao)的機(ji)翼(yi)帶筋整體壁板(ban)。預(yu)應力噴(pen)丸(wan)成(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)的應用(yong)(yong),避免(mian)了(le)采(cai)用(yong)(yong)機(ji)械彎曲的方法成(cheng)形該類零(ling)件所帶來(lai)的對疲勞壽(shou)命的不利影響。

       當然,要對零件施加預應力需要設計制造專門的預應力夾具,預應力夾具設計時要確保簡單、輕便、易于操作,并要與所采用的噴丸設備相協調。因此,進一步研究簡單易行的預應力加載方式以及采用有限元法分析和準確確定所施加預應力的大小,以確保零件在預應力下完全處于彈性變形范圍內,將是預應力噴丸成形技術的發展趨勢

2、數字化噴丸成形技術

       數(shu)(shu)(shu)字化(hua)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術，顧名(ming)思義便是利用(yong)數(shu)(shu)(shu)字化(hua)技(ji)術對(dui)(dui)(dui)零件(jian)進(jin)(jin)行(xing)數(shu)(shu)(shu)字化(hua)工藝(yi)幾何(he)信息分析,對(dui)(dui)(dui)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)成(cheng)形(xing)(xing)工藝(yi)參(can)數(shu)(shu)(shu)進(jin)(jin)行(xing)選擇和優化(hua),對(dui)(dui)(dui)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)成(cheng)形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)進(jin)(jin)行(xing)模擬和控制,對(dui)(dui)(dui)成(cheng)形(xing)(xing)零件(jian)的外形(xing)(xing)進(jin)(jin)行(xing)數(shu)(shu)(shu)字化(hua)檢測,對(dui)(dui)(dui)零件(jian)的噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)成(cheng)形(xing)(xing)工藝(yi)文件(jian)和程(cheng)序進(jin)(jin)行(xing)數(shu)(shu)(shu)字化(hua)管理(li)等(deng),從而實現(xian)以數(shu)(shu)(shu)字量(liang)的形(xing)(xing)式描述零件(jian)及其噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)成(cheng)形(xing)(xing)全(quan)過(guo)程(cheng),并將各階段形(xing)(xing)成(cheng)的數(shu)(shu)(shu)據(ju)統一管理(li)起來(lai)的先進(jin)(jin)成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術-數(shu)(shu)(shu)控噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)。

3、自動化噴丸成形技術

       自動化(hua)噴丸成形技術的實施現可(ke)分為3個階(jie)(jie)段,即概(gai)念設(she)計(ji)和分析階(jie)(jie)段、預(yu)生產(研制)階(jie)(jie)段和生產階(jie)(jie)段。

在(zai)概念(nian)設(she)(she)計(ji)和(he)(he)分析階段,主(zhu)要針對(dui)零件(jian)的(de)CAD數(shu)模進(jin)行(xing)(xing)噴丸(wan)(wan)成形工藝(yi)(yi)性分析和(he)(he)評估(gu),制定出初始的(de)噴丸(wan)(wan)成形工藝(yi)(yi)方案和(he)(he)成形工藝(yi)(yi)參數(shu),同時(shi)針對(dui)用(yong)戶的(de)設(she)(she)備(bei)和(he)(he)人員狀況制定相(xiang)應的(de)需求;在(zai)預生產階段,主(zhu)要通過(guo)試驗件(jian)的(de)噴丸(wan)(wan)成形試驗對(dui)工藝(yi)(yi)進(jin)行(xing)(xing)優(you)化,生成有關工藝(yi)(yi)控制文件(jian)和(he)(he)程(cheng)序,同時(shi)對(dui)用(yong)戶的(de)設(she)(she)備(bei)進(jin)行(xing)(xing)必要的(de)升級(ji)和(he)(he)調(diao)整,另外,在(zai)此階段還可并行(xing)(xing)進(jin)行(xing)(xing)零件(jian)設(she)(she)計(ji)的(de)更改和(he)(he)完(wan)善;在(zai)生產階段,通過(guo)調(diao)用(yong)已經(jing)制定好的(de)有關零件(jian)控制程(cheng)序,即可實現自動(dong)化噴丸(wan)(wan)成形,同時(shi)完(wan)成對(dui)相(xiang)關人員的(de)技術培訓。

      通(tong)過以(yi)上描述(shu)的3個階段(duan)，用(yong)戶(hu)的可以(yi)建立起(qi)自動(dong)化噴丸(wan)成形技術體系(xi),以(yi)后再(zai)需(xu)要進(jin)行新產品開(kai)(kai)發時，只需(xu)要進(jin)行離線編程(cheng)然后再(zai)將(jiang)有關(guan)數據和程(cheng)序傳遞到用(yong)戶(hu)設備上,即可進(jin)行自動(dong)化噴丸(wan)成形的工(gong)藝(yi)，開(kai)(kai)展加工(gong)成形。

轉自航空制造網