噴丸成形技術之小彈丸 大改變

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。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。20世紀初，人們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。           經過20世紀40年代大批研究者的努力，大家對噴丸工藝的認識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（如圖所示）。           噴丸成形按照不同的分類方法有著不同的種類：按照噴丸區域不同，分為單面噴丸成形和雙面噴丸成形；按照彈丸獲得速度的驅動方式，噴丸成形分為離心式噴丸成形、氣動式噴丸成形和超聲噴丸成形；根據噴丸成形時是否在零件上預先施加外載荷，噴丸成形分為自由狀態噴丸成形和預應力噴丸成形。           噴丸成形工藝優點十分顯著。首先，該工藝無需成形模具，工藝裝備簡單，可節省大量的模具設計與制造時間，大大縮短了生產準備周期和成本，并能夠快速、靈活的應對設計更改，特別適合于尺寸大、外形相對平緩的零件。其次，需成形零件的長度不受設備大小限制（長度可達35m以上），只要廠房場地允許，可以任意加長機床導軌，適應任意長度的大型零件。再次，噴丸成形有助于延長材料疲勞壽命和耐腐蝕性能。           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。美國首先在"星座號"飛機上運用噴丸成形方法制造機翼整體壁板，從20世紀50年代中期開始，噴丸成形技術成為民用軍用飛機機翼、機身等壁板類零件的主要成形手段。進入20世紀80年代，超臨界機翼成為飛機先進性重要標志，組成機翼的整體壁板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得到重視。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。           隨著信息化時代的到來，計算機技術的快速發展促進了噴丸成形技術的研發，隨之出現了數字化噴丸成形技術，開創了噴丸成形技術的新紀元。數字化噴丸成形是以數字量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，比較成功的范例是德國KSA公司提出的自動化噴丸成形技術。多年來KSA與空客建立合作關系，早期為空客制造A310機身壁板，在2001年實現對A380激光焊機身壁板的噴丸成形和校形，并與Baiker公司聯合為空客研制出當時世界上噴丸室較大的數控噴丸成形設備。           目前，噴丸成形工藝廣泛應用于大中型客機（包括當前正在運營的所有空客、波音客機系列飛機）和運輸機的機翼整體壁板的成形。因此，大型機翼整體壁板噴丸成形技術是大型飛機機翼制造的核心技術之一，該技術已經被美國波音和金屬改進公司及歐洲空客等少數幾家公司壟斷，并對其他國家實施技術封鎖。隨著大型飛機設計要求不斷提高，噴丸成形技術經歷了整體壁板從單曲率到復雜雙曲率，從不帶筋到帶筋的應用過程，成形構件的外形和結構復雜程度日趨加大，為噴丸成形技術帶來了前所未有的挑戰與機遇。           展望未來，噴丸成形技術的發展將呈現以下特點：首先，噴丸對象及設備大型化，如大型復雜外型整體壁板、大型整體結構等噴丸，它們需要大型噴丸設備及相應噴丸技術。其次，噴丸壁板外型結構日益復雜化，即在現有可噴丸成形構件外型、結構和形狀的基礎上更加復雜，要求更大的噴丸變形量。再次，噴丸過程智能化，較大限度地把人力從繁雜的噴丸工藝過程中解放出來、提高噴丸質量和效率，而現代科技發展與進步使噴丸過程智能化的逐步實現已經成為可能。較后，新型噴丸加工方法的不斷涌現，其中雙面噴丸成形技術、激光噴丸成形技術、超聲噴丸成形技術和高壓水噴丸成形技術的發展和應用得到了廣泛的重視和關注。           小小彈丸，改變的不僅僅是零件的形狀，還在改變著現代飛機制造技術的發展。在航空航天制造快速進步的今天，噴丸成形技術發展和應用前景光明，技術經濟市場廣闊，在整體壁板制造中定將占領不可替代的位置