喷丸作为一种表面强化工艺，它的历史可追溯到公元前 2700 年，可谓历史悠久。据记载，当时的铁匠就已经认识到在冷态下经过锤子锤打的金属可以变得更加坚硬。中世纪的欧洲人在使用马拉轿车中发现，同样的板式弹簧，凡经过表面吹沙处理的，使用寿命显著提高。这些只是人们对喷丸的最初认识，在进入20 世纪后，人们便开始使用金属颗粒对弹簧和大型齿轮的齿根进行喷丸强化处理。

      尤其是到了20 世纪 40 年代，大批研究者开始在喷丸工艺方面做出了大量的研究和探索，对喷丸工艺的认识也提升到一个更高层次，从而推动和扩展了这项工艺的应用范围。洛克希德·马丁公司的工程师 Jim Boerger 从喷丸强化 Almen试片中得到启发，开创了一种现代飞机制造中的先进成形技术——喷丸成形技术。

      喷丸成形的基本原理是：利用高速弹丸（直径1-6mm）流撞击金属板材的表面，使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸，从而逐步使板材发生向受喷面凸起的双向弯曲变形。

噴丸成形技術的優點主要有:

1)工藝裝備簡單,不需要成形模具,因此零件制造成本低,對零件尺寸大小的適應性強;

2)由于喷丸成形后,沿零件厚度方向在上、下两个表面均形成残余压应力(如下图所示),因此在零件成形的同时,还可以改善零件的抗疲劳性 能;

3)既可以成形單曲率零件,也可以成形複雜雙曲率零件。

正是基于這些優點，噴丸成形技術已廣泛應用于航空航天等領域的整體壁板零件制造。美國率先在“星座號”飛機上采用噴丸成形技術制造機翼整體壁板，20世紀50年代中期開始，噴丸成形技術開始踏上航空制造的曆史舞台，包括民用軍用飛機機翼、機身等壁板類零件的成形等。

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範圍。

1、預應力噴丸成形 

        进入 20 世纪 80 年代以后，超临界机翼成为飞机的先进性重要标志，组成机翼的整体壁板也出现了复杂马鞍形和扭转特点，而且带筋结构明显增多。对于此类零件传统喷丸成形很难满足其所需变形量，为此预应力喷丸成形技术便得到了重视。预应力喷丸成形是一种在成形前借助预应力夹具在板坯上施加弹性变形力，然后对其进行喷丸的成形方法。在相同条件下，预应力喷丸的成形极限是自由喷丸的2-3倍，同时预应力喷丸还可有效控制沿喷丸路线方向的附加弯曲变形，该技术的应用进一步推动了喷丸成形技术的发展。

       目前,预应力喷丸成形技术在超临界机翼整体壁板的制造中已经获得应用,加拿大NMF公司采用预应力喷丸技术为以色列Galaxy飞机制造的机翼带筋整体壁板。预应力喷丸成形技术的应用,避免了采用机械弯曲的方法成形该类零件所带来的对疲劳寿命的不利影响。

       当然,要对零件施加预应力需要设计制造专门的预应力夹具,预应力夹具设计时要确保简单、轻便、易于操作,并要与所采用的喷丸设备相协调。因此,进一步研究简单易行的预应力加载方式以及采用有限元法分析和准确确定所施加预应力的大小,以确保零件在预应力下完全处于弹性变形范围内,将是预应力喷丸成形技术的发展趋势

2、數字化噴丸成形技術

       数字化喷丸成形技术，顾名思义便是利用数字化技术对零件进行数字化工艺几何信息分析,对喷丸成形工艺参数进行选择和优化,对喷丸成形过程进行模拟和控制,对成形零件的外形进行数字化检测,对零件的喷丸成形工艺文件和程序进行数字化管理等,从而实现以数字量的形式描述零件及其喷丸成形全过程,并将各阶段形成的数据统一管理起来的先进成形技术-数控喷丸。

3、自動化噴丸成形技術

       自动化喷丸成形技术的实施现可分为3个阶段,即概念设计和分析阶段、预生产(研制)阶段和生产阶段。

在概念設計和分析階段,主要針對零件的CAD數模進行噴丸成形工藝性分析和評估,制定出初始的噴丸成形工藝方案和成形工藝參數,同時針對用戶的設備和人員狀況制定相應的需求;在預生産階段,主要通過試驗件的噴丸成形試驗對工藝進行優化,生成有關工藝控制文件和程序,同時對用戶的設備進行必要的升級和調整,另外,在此階段還可並行進行零件設計的更改和完善;在生産階段,通過調用已經制定好的有關零件控制程序,即可實現自動化噴丸成形,同時完成對相關人員的技術培訓。

      通过以上描述的3个阶段，用户的可以建立起自动化喷丸成形技术体系,以后再需要进行新产品开发时，只需要进行离线编程然后再将有关数据和程序传递到用户设备上,即可进行自动化喷丸成形的工艺，开展加工成形。

轉自航空制造網