喷丸作为一种【wéi yī zhǒng】表面强化工艺，它的历【tā de lì】史可追【shǐ kě zhuī】溯到公【sù dào gōng】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【shí dào zài】冷态下【lěng tài xià】经过锤子锤打【zǐ chuí dǎ】的金属可以变得更加坚硬【jiān yìng】。中世纪【zhōng shì jì】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【shǐ yòng shòu】命显著【mìng xiǎn zhe】提高【tí gāo】。这些只【zhè xiē zhī】是人们对喷丸的最初认识，在进入20 世纪后，人们便【rén men biàn】开始使用金属【yòng jīn shǔ】颗粒对弹簧和大型齿轮的齿【lún de chǐ】根进行【gēn jìn háng】喷丸强化处理。

      尤其是【yóu qí shì】到了20 世纪 40 年代，大批研究者开【jiū zhě kāi】始在喷丸工艺方面做出了大量的研【liàng de yán】究和探【jiū hé tàn】索，对喷丸工艺的【gōng yì de】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【gōng yì de】应用范围【fàn wéi】。洛克希德·马丁公【mǎ dīng gōng】司的工【sī de gōng】程师 Jim Boerger 从喷丸强化 Almen试片中得到启发【fā】，开创了一种现代飞机制造中的先进【de xiān jìn】成形技【chéng xíng jì】术【shù】——喷丸成形技【chéng xíng jì】术【shù】。

      喷丸成形的基本原理是：利用高速弹丸（直径【zhí jìng】1-6mm）流撞击【liú zhuàng jī】金属板材的表【cái de biǎo】面【miàn】，使受撞击的表面【miàn】及其下层金属材料产生塑性变形【xìng biàn xíng】而延伸【ér yán shēn】，从而逐【cóng ér zhú】步使板材发生向受喷面凸起【miàn tū qǐ】的双向弯曲变【wān qǔ biàn】形。

喷丸成形技术的优点主要有:

1)工艺装备简单,不需要【bú xū yào】成形模【chéng xíng mó】具,因此零件制造【jiàn zhì zào】成本低,对零件尺寸大小的适【xiǎo de shì】应性强;

2)由于喷丸成形后,沿零件【yán líng jiàn】厚度方向在上【xiàng zài shàng】、下两个表面均形成残【xíng chéng cán】余压应力【lì】(如下图【rú xià tú】所示),因此在零件成形的同时【shí】,还可以改善零【gǎi shàn líng】件的抗疲劳性 能;

3)既可以【jì kě yǐ】成形单曲率零件【lǜ líng jiàn】,也可以成形复杂双曲率零件【lǜ líng jiàn】。

正是基【zhèng shì jī】于这些优点，喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】已广泛【yǐ guǎng fàn】应用于航空航天等领域的整体壁板【tǐ bì bǎn】零件制造。美国率【měi guó lǜ】先在“星座号”飞机上采用喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】制造机翼【zào jī yì】整体壁板【tǐ bì bǎn】，20世纪50年代中【nián dài zhōng】期开始【qī kāi shǐ】，喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】开始踏上航空制造的历史舞台，包括民用军用飞机机翼、机身等壁板【bǎn】类零件的【líng jiàn de】成形等【chéng xíng děng】。

近年来,随着现代飞机【dài fēi jī】对整体气动性能的要求越来越高,以及计算机技术的【jì shù de】快速发展,大大促进了喷【jìn le pēn】丸成形【wán chéng xíng】技术的【jì shù de】研究和【yán jiū hé】开发,出现了预应力喷丸技【pēn wán jì】术【shù】、数字化喷丸成形【wán chéng xíng】技术【shù】、新型喷丸成形【wán chéng xíng】/强化技术【shù】等,大大扩展了喷【zhǎn le pēn】丸成形【wán chéng xíng】技术的【jì shù de】加工能【jiā gōng néng】力和应用范围。

1、预应力喷丸成形 

        进入 20 世纪 80 年代以【nián dài yǐ】后，超临界机翼成【jī yì chéng】为飞机的先进【de xiān jìn】性重要【xìng chóng yào】标志，组成机翼的【de】整体壁板【tǐ bì bǎn】也出现了复杂【le fù zá】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【chuán tǒng pēn】丸成形很难满足其所需变形量【liàng】，为此预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形技术便得到了【dé dào le】重视。预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形是一【xíng shì yī】种在成【zhǒng zài chéng】形前借助预应力【yù yīng lì】夹具在板坯上施加弹性变形力，然后对其进行喷丸的【de】成形方法。在相同条件下【tiáo jiàn xià】，预应力【yù yīng lì】喷丸的【de】成形极限是自由喷丸【yóu pēn wán】的【de】2-3倍，同时预应力【yù yīng lì】喷丸还可【wán hái kě】有效控【yǒu xiào kòng】制沿喷丸路线方向的【fāng xiàng de】附加弯曲变形，该技术的应用【de yīng yòng】进一步【jìn yī bù】推动了【tuī dòng le】喷丸成【pēn wán chéng】形技术的【de】发展。

       目前,预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形技术在超临界机翼整体壁板的制造中已【zào zhōng yǐ】经获得应用,加拿大【jiā ná dà】NMF公司采用预应力【yù yīng lì】喷丸技术为以色列【yǐ sè liè】Galaxy飞机制【fēi jī zhì】造的机【zào de jī】翼带筋整体壁板。预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形技术的应用,避免了采用机械弯曲的方法成形该【chéng xíng gāi】类零件所带来【suǒ dài lái】的对疲劳寿命的不利【de bú lì】影响【yǐng xiǎng】。

       当然,要对零件施加预【shī jiā yù】应力需要设计制造【jì zhì zào】专门的预应力【yù yīng lì】夹具【jiá jù】,预应力【yù yīng lì】夹具【jiá jù】设计时要确保简单、轻便、易于操作,并要与所采用【suǒ cǎi yòng】的喷丸设备相协调【xié diào】。因此【yīn cǐ】,进一步【jìn yī bù】研究简【yán jiū jiǎn】单易行的预应力【yù yīng lì】加载方式以及采用有限元法分析和准确【hé zhǔn què】确定所施加预【shī jiā yù】应力的大小,以确保零件在【líng jiàn zài】预应力【yù yīng lì】下完全处于弹【chù yú dàn】性变形【xìng biàn xíng】范围内,将是预应力【yù yīng lì】喷丸成形技术的【jì shù de】发展趋势

2、数字化喷丸成形技术

       数字化喷丸成形【wán chéng xíng】技术，顾名思义便是利用数字化技术对零件进行数【jìn háng shù】字化工艺几何信息【hé xìn xī】分析,对喷丸【duì pēn wán】成形工艺参数进行选【jìn háng xuǎn】择和优化,对喷丸【duì pēn wán】成形过【chéng xíng guò】程进行模拟和【mó nǐ hé】控制【kòng zhì】,对成形零件的外形进行数【jìn háng shù】字化检测【huà jiǎn cè】,对零件的喷丸【de pēn wán】成形工艺文件和程序进行数【jìn háng shù】字化管【zì huà guǎn】理等,从而实现以数字量的【zì liàng de】形式描【xíng shì miáo】述零件及其喷丸成形【wán chéng xíng】全过程,并将各阶段形成的数【chéng de shù】据统一管理起来的先【lái de xiān】进成形技术【xíng jì shù】-数控喷丸。

3、自动化喷丸成形技术

       自动化喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】的实施现可分为3个阶段【gè jiē duàn】,即概念设计和分析阶段、预生产(研制【yán zhì】)阶段和【jiē duàn hé】生产阶段。

在概念设计和【shè jì hé】分析阶段【jiē duàn】,主要针对零件的CAD数模进【shù mó jìn】行喷丸成【pēn wán chéng】形工艺性分【yì xìng fèn】析和评估,制定出【zhì dìng chū】初始的喷丸成【pēn wán chéng】形工艺方案和【fāng àn hé】成形工艺参数【yì cān shù】,同时针对用户的设备和人员状况制定相应【dìng xiàng yīng】的需求;在预生产阶段【jiē duàn】,主要通过试验件的喷【jiàn de pēn】丸成形试验对工艺进【gōng yì jìn】行优化,生成有关工艺控制文件和程序,同时对【tóng shí duì】用户的设备进行必要的升级和调整,另外【lìng wài】,在此阶段【jiē duàn】还可并行进行零件【háng líng jiàn】设计的更改和完善【wán shàn】;在生产阶段【jiē duàn】,通过调【tōng guò diào】用已经制定好的有关【de yǒu guān】零件控制程序,即可实现自动化喷丸成【pēn wán chéng】形,同时完【tóng shí wán】成对相关人员的技术【de jì shù】培训【péi xùn】。

      通过以上描述【shàng miáo shù】的3个阶段，用户的可以建【kě yǐ jiàn】立起自动化喷丸成形技术体【jì shù tǐ】系,以后再需要进【xū yào jìn】行新产【háng xīn chǎn】品开发时【shí】，只需要进【xū yào jìn】行离线编程【xiàn biān chéng】然后再将有关数据和程序传【chéng xù chuán】递到用户设备上,即可进行自动化喷丸成形的工艺，开展加【kāi zhǎn jiā】工成形【gōng chéng xíng】。