噴丸作為一種表面強化工藝，它的歷史可追溯到公元前 2700 年，可謂歷史悠久。據記載，當時的鐵匠就已經認識到在冷態下經過錘子錘打的金屬可以變得更加堅硬。中世紀的歐洲人在使用馬拉轎車中發現，同樣的板式彈簧，凡經過表面吹沙處理的，使用壽命顯著提高。這些只是人們對噴丸的最初認識，在進入20 世紀后，人們便開始使用金屬顆粒對彈簧和大型齒輪的齒根進行噴丸強化處理。

      尤其是到了20 世紀 40 年代，大批研究者開始在噴丸工藝方面做出了大量的研究和探索，對噴丸工藝的認識也提升到一個更高層次，從而推動和擴展了這項工藝的應用范圍。洛克希德·馬丁公司的工程師 Jim Boerger 從噴丸強化 Almen試片中得到啟發，開創了一種現代飛機制造中的先進成形技術——噴丸成形技術。

      噴丸成形的基本原理是：利用高速彈丸（直徑1-6mm）流撞擊金屬板材的表面，使受撞擊的表面及其下層金屬材料產生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發生向受噴面凸起的雙向彎曲變形。

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)由于噴丸成形后,沿零件厚度方向在上、下兩個表面均形成殘余壓應力(如下圖所示),因此在零件成形的同時,還可以改善零件的抗疲勞性 能;

3)既可以成形單曲率零件,也可以成形復雜雙曲率零件。

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歷史舞臺，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范圍。

1、預應力噴丸成形 

        進入 20 世紀 80 年代以后，超臨界機翼成為飛機的先進性重要標志，組成機翼的整體壁板也出現了復雜馬鞍形和扭轉特點，而且帶筋結構明顯增多。對于此類零件傳統噴丸成形很難滿足其所需變形量，為此預應力噴丸成形技術便得到了重視。預應力噴丸成形是一種在成形前借助預應力夾具在板坯上施加彈性變形力，然后對其進行噴丸的成形方法。在相同條件下，預應力噴丸的成形極限是自由噴丸的2-3倍，同時預應力噴丸還可有效控制沿噴丸路線方向的附加彎曲變形，該技術的應用進一步推動了噴丸成形技術的發展。

       目前,預應力噴丸成形技術在超臨界機翼整體壁板的制造中已經獲得應用,加拿大NMF公司采用預應力噴丸技術為以色列Galaxy飛機制造的機翼帶筋整體壁板。預應力噴丸成形技術的應用,避免了采用機械彎曲的方法成形該類零件所帶來的對疲勞壽命的不利影響。

       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

       數字化噴丸成形技術，顧名思義便是利用數字化技術對零件進行數字化工藝幾何信息分析,對噴丸成形工藝參數進行選擇和優化,對噴丸成形過程進行模擬和控制,對成形零件的外形進行數字化檢測,對零件的噴丸成形工藝文件和程序進行數字化管理等,從而實現以數字量的形式描述零件及其噴丸成形全過程,并將各階段形成的數據統一管理起來的先進成形技術-數控噴丸。

3、自動化噴丸成形技術

       自動化噴丸成形技術的實施現可分為3個階段,即概念設計和分析階段、預生產(研制)階段和生產階段。

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;在預生產階段,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,在此階段還可并行進行零件設計的更改和完善;在生產階段,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。

      通過以上描述的3個階段，用戶的可以建立起自動化噴丸成形技術體系,以后再需要進行新產品開發時，只需要進行離線編程然后再將有關數據和程序傳遞到用戶設備上,即可進行自動化噴丸成形的工藝，開展加工成形。

轉自航空制造網