喷丸作为一种【wéi yī zhǒng】表面强【biǎo miàn qiáng】化工艺，它的历史可追溯到公元前 2700 年【nián】，可谓历【kě wèi lì】史悠久。据记载，当时的铁匠就【tiě jiàng jiù】已经认识到在【shí dào zài】冷态下经过锤【jīng guò chuí】子锤打【zǐ chuí dǎ】的金属可以变得更加坚硬。中世纪的欧洲【de ōu zhōu】人在使用马拉轿车中发现，同样的板式弹簧，凡经过【fán jīng guò】表面吹【biǎo miàn chuī】沙处理的，使用寿命显著提高【tí gāo】。这些只是人们【shì rén men】对喷丸【duì pēn wán】的最初认识，在进入20 世纪后，人们便【rén men biàn】开始使用金属颗粒对弹簧和大型齿轮的齿根进行【gēn jìn háng】喷丸强化处理【huà chù lǐ】。

      尤其是到了20 世纪 40 年代【nián dài】，大批研究者开始在喷丸工艺方面做【fāng miàn zuò】出了大【chū le dà】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【cóng ér tuī】动和扩展了这【zhǎn le zhè】项工艺【xiàng gōng yì】的应用【de yīng yòng】范围。洛克希德【dé】·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，开创了一种现【yī zhǒng xiàn】代飞机制造中的先进成形技【chéng xíng jì】术【shù】——喷丸成【pēn wán chéng】形技术【shù】。

      喷丸成形的基本原理是：利用高速弹丸（直径1-6mm）流撞击【liú zhuàng jī】金属板材的表面，使受撞【shǐ shòu zhuàng】击的表【jī de biǎo】面及其下层金【xià céng jīn】属材料【shǔ cái liào】产生塑【chǎn shēng sù】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的双向弯曲变形。

喷丸成形技术的优点主要有:

1)工艺装【gōng yì zhuāng】备简单【bèi jiǎn dān】,不需要成形模【chéng xíng mó】具,因此零件制造成本低,对零件尺寸大小的适应性强【yīng xìng qiáng】;

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【biǎo miàn jun1】形成残【xíng chéng cán】余压应力(如下图【rú xià tú】所示),因此在零件成形的同时,还可以【hái kě yǐ】改善零件的抗【jiàn de kàng】疲劳性 能;

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

正是基于这些优点，喷丸成【pēn wán chéng】形技术已广泛应用于【yīng yòng yú】航空航天等领域的整【yù de zhěng】体壁板零件制造【zào】。美国率【měi guó lǜ】先在【xiān zài】“星座号”飞机上【fēi jī shàng】采用喷丸成【pēn wán chéng】形技术制造【zào】机翼【yì】整体壁板，20世纪50年代中期开始，喷丸成【pēn wán chéng】形技术开始踏上航空【shàng háng kōng】制造【zào】的历史舞【lì shǐ wǔ】台，包括民用军用飞机机【fēi jī jī】翼【yì】、机身等【jī shēn děng】壁板类零件的成形等【chéng xíng děng】。

近年来,随着现代飞机对整体气动性能的要求越来越高【yuè gāo】,以及计算机技术的快速发展,大大促进了喷丸成形【wán chéng xíng】技术的研究和【yán jiū hé】开发【kāi fā】,出现了【chū xiàn le】预应力【yù yīng lì】喷丸技【pēn wán jì】术、数字化喷丸成形【wán chéng xíng】技术、新型喷丸成形【wán chéng xíng】/强化技【qiáng huà jì】术等【shù děng】,大大扩展了喷丸成形【wán chéng xíng】技术的加工能力和应用范围【yòng fàn wéi】。

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【de】先进性重要标志，组成机【zǔ chéng jī】翼的【de】整体壁板也出现【yě chū xiàn】了复杂马鞍形【mǎ ān xíng】和扭转特点，而且带筋结构明显增多。对于此【duì yú cǐ】类零件传统喷丸成形很难满【hěn nán mǎn】足其所需变形量，为此预【wéi cǐ yù】应力喷【yīng lì pēn】丸成形技术便【jì shù biàn】得到了重视。预应力【yù yīng lì】喷丸成形是一种在成形前借【xíng qián jiè】助预应【zhù yù yīng】力夹具在板坯上施加【shàng shī jiā】弹性变【dàn xìng biàn】形力，然后对其进行喷丸的【pēn wán de】成形方法。在相同条件下【tiáo jiàn xià】，预应力【yù yīng lì】喷丸的【pēn wán de】成形极限是自由喷丸的【pēn wán de】2-3倍【bèi】，同时预【tóng shí yù】应力喷【yīng lì pēn】丸还可有效控制沿喷丸路线方向的【de】附加弯曲变形【qǔ biàn xíng】，该技术【gāi jì shù】的【de】应用进一步推动了喷丸成形技术的发展【de fā zhǎn】。

       目前【mù qián】,预应力【yù yīng lì】喷丸成形技术【xíng jì shù】在超临【zài chāo lín】界机翼整体壁【zhěng tǐ bì】板的制造中已经获得应用,加拿大NMF公司采【gōng sī cǎi】用预应力【yù yīng lì】喷丸技术为以色列Galaxy飞机制造的机翼带筋【yì dài jīn】整体壁【zhěng tǐ bì】板。预应力【yù yīng lì】喷丸成形技术【xíng jì shù】的应用,避免了【bì miǎn le】采用机【cǎi yòng jī】械弯曲的方法成形该类零件所带来【suǒ dài lái】的对疲劳寿命【láo shòu mìng】的不利影响。

       当然,要对零件施加预应力【yù yīng lì】需要设计制造专门的【zhuān mén de】预应力【yù yīng lì】夹具,预应力【yù yīng lì】夹具设【jiá jù shè】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】研究简单易行的预应【de yù yīng】力加载方式以【fāng shì yǐ】及采用【jí cǎi yòng】有限元【yǒu xiàn yuán】法分析和准确确定所施加预应力【yù yīng lì】的大小【dà xiǎo】,以确保零件在预应力【yù yīng lì】下完全处于弹性变形【xìng biàn xíng】范围内,将是预应力【yù yīng lì】喷丸成形【wán chéng xíng】技术的发展趋势

2、数字化喷丸成形技术

       数字化【shù zì huà】喷丸成形【wán chéng xíng】技术，顾名思义便是利用数字化【shù zì huà】技术对零件进行数字化【shù zì huà】工艺几何信息【hé xìn xī】分析,对喷丸【duì pēn wán】成形工【chéng xíng gōng】艺参数进行选择和优化,对喷丸【duì pēn wán】成形过【chéng xíng guò】程进行【chéng jìn háng】模拟和【mó nǐ hé】控制,对成形零件的外形进【wài xíng jìn】行数字化【shù zì huà】检测,对零件的喷丸【de pēn wán】成形工【chéng xíng gōng】艺文件和程序进行数字化【shù zì huà】管理等,从而实现以数字量的形式描述零件【shù líng jiàn】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【jù tǒng yī】管理起来的先【lái de xiān】进成形技术-数控喷丸【wán】。

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【wéi】3个阶段【gè jiē duàn】,即概念设计和分析阶段、预生产(研制)阶段和生产阶【shēng chǎn jiē】段。

在概念【zài gài niàn】设计和分析阶段,主要针对零件的CAD数模进行喷丸【háng pēn wán】成形工【chéng xíng gōng】艺性分【yì xìng fèn】析和评估,制定出初始的喷丸成形工【chéng xíng gōng】艺方案和【fāng àn hé】成形工【chéng xíng gōng】艺参数,同时针对用户的设备和人员【hé rén yuán】状况制定相应的需求;在预生产阶段,主要通过试验件的喷【jiàn de pēn】丸成形试验对工艺进行优化【háng yōu huà】,生成有关工艺控制文【kòng zhì wén】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【zài cǐ jiē】段还可并行进【bìng háng jìn】行零件设计的【shè jì de】更改和【gèng gǎi hé】完善;在生产阶段,通过调用已经【yòng yǐ jīng】制定好的有关零件控【líng jiàn kòng】制程序,即可实现自动化喷丸【huà pēn wán】成形,同时完【tóng shí wán】成对相关人员的技术培训【péi xùn】。

      通过以上描述的3个阶段【gè jiē duàn】，用户的可以建【kě yǐ jiàn】立起自动化喷丸【huà pēn wán】成形技术体【jì shù tǐ】系,以后再【yǐ hòu zài】需要进【xū yào jìn】行新产品开发时【shí】，只需要进【xū yào jìn】行离线编程然后再将有关数据和程序传递到用户设备【hù shè bèi】上,即可进行自动化喷丸【huà pēn wán】成形的【chéng xíng de】工艺，开展加工成形【gōng chéng xíng】。