噴丸作為一種表面強(qiáng)化工藝，它的歷史可追溯到公元前 2700 年，可謂歷史悠久。據(jù)記載，當(dāng)時(shí)的鐵匠就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在冷態(tài)下經(jīng)過(guò)錘子錘打的金屬可以變得更加堅(jiān)硬。中世紀(jì)的歐洲人在使用馬拉轎車(chē)中發(fā)現(xiàn)，同樣的板式彈簧，凡經(jīng)過(guò)表面吹沙處理的，使用壽命顯著提高。這些只是人們對(duì)噴丸的最初認(rèn)識(shí)，在進(jìn)入20 世紀(jì)后，人們便開(kāi)始使用金屬顆粒對(duì)彈簧和大型齒輪的齒根進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理。

      尤其是到了20 世紀(jì) 40 年代，大批研究者開(kāi)始在噴丸工藝方面做出了大量的研究和探索，對(duì)噴丸工藝的認(rèn)識(shí)也提升到一個(gè)更高層次，從而推動(dòng)和擴(kuò)展了這項(xiàng)工藝的應(yīng)用范圍。洛克希德·馬丁公司的工程師 Jim Boerger 從噴丸強(qiáng)化 Almen試片中得到啟發(fā)，開(kāi)創(chuàng)了一種現(xiàn)代飛機(jī)制造中的先進(jìn)成形技術(shù)——噴丸成形技術(shù)。

      噴丸成形的基本原理是：利用高速?gòu)椡瑁ㄖ睆?-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(chǎn)生塑性變形而延伸，從而逐步使板材發(fā)生向受?chē)娒嫱蛊鸬碾p向彎曲變形。

噴丸成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有:

1)工藝裝備簡(jiǎn)單,不需要成形模具,因此零件制造成本低,對(duì)零件尺寸大小的適應(yīng)性強(qiáng);

2)由于噴丸成形后,沿零件厚度方向在上、下兩個(gè)表面均形成殘余壓應(yīng)力(如下圖所示),因此在零件成形的同時(shí),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(fù)雜雙曲率零件。

正是基于這些優(yōu)點(diǎn)，噴丸成形技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域的整體壁板零件制造。美國(guó)率先在“星座號(hào)”飛機(jī)上采用噴丸成形技術(shù)制造機(jī)翼整體壁板，20世紀(jì)50年代中期開(kāi)始，噴丸成形技術(shù)開(kāi)始踏上航空制造的歷史舞臺(tái)，包括民用軍用飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身等壁板類(lèi)零件的成形等。

近年來(lái),隨著現(xiàn)代飛機(jī)對(duì)整體氣動(dòng)性能的要求越來(lái)越高,以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,大大促進(jìn)了噴丸成形技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā),出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力噴丸技術(shù)、數(shù)字化噴丸成形技術(shù)、新型噴丸成形/強(qiáng)化技術(shù)等,大大擴(kuò)展了噴丸成形技術(shù)的加工能力和應(yīng)用范圍。

1、預(yù)應(yīng)力噴丸成形 

        進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代以后，超臨界機(jī)翼成為飛機(jī)的先進(jìn)性重要標(biāo)志，組成機(jī)翼的整體壁板也出現(xiàn)了復(fù)雜馬鞍形和扭轉(zhuǎn)特點(diǎn)，而且?guī)Ы罱Y(jié)構(gòu)明顯增多。對(duì)于此類(lèi)零件傳統(tǒng)噴丸成形很難滿(mǎn)足其所需變形量，為此預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)便得到了重視。預(yù)應(yīng)力噴丸成形是一種在成形前借助預(yù)應(yīng)力夾具在板坯上施加彈性變形力，然后對(duì)其進(jìn)行噴丸的成形方法。在相同條件下，預(yù)應(yīng)力噴丸的成形極限是自由噴丸的2-3倍，同時(shí)預(yù)應(yīng)力噴丸還可有效控制沿噴丸路線(xiàn)方向的附加彎曲變形，該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步推動(dòng)了噴丸成形技術(shù)的發(fā)展。

       目前,預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)在超臨界機(jī)翼整體壁板的制造中已經(jīng)獲得應(yīng)用,加拿大NMF公司采用預(yù)應(yīng)力噴丸技術(shù)為以色列Galaxy飛機(jī)制造的機(jī)翼帶筋整體壁板。預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的應(yīng)用,避免了采用機(jī)械彎曲的方法成形該類(lèi)零件所帶來(lái)的對(duì)疲勞壽命的不利影響。

       當(dāng)然,要對(duì)零件施加預(yù)應(yīng)力需要設(shè)計(jì)制造專(zhuān)門(mén)的預(yù)應(yīng)力夾具,預(yù)應(yīng)力夾具設(shè)計(jì)時(shí)要確保簡(jiǎn)單、輕便、易于操作,并要與所采用的噴丸設(shè)備相協(xié)調(diào)。因此,進(jìn)一步研究簡(jiǎn)單易行的預(yù)應(yīng)力加載方式以及采用有限元法分析和準(zhǔn)確確定所施加預(yù)應(yīng)力的大小,以確保零件在預(yù)應(yīng)力下完全處于彈性變形范圍內(nèi),將是預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2、數(shù)字化噴丸成形技術(shù)

       數(shù)字化噴丸成形技術(shù)，顧名思義便是利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行數(shù)字化工藝幾何信息分析,對(duì)噴丸成形工藝參數(shù)進(jìn)行選擇和優(yōu)化,對(duì)噴丸成形過(guò)程進(jìn)行模擬和控制,對(duì)成形零件的外形進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè),對(duì)零件的噴丸成形工藝文件和程序進(jìn)行數(shù)字化管理等,從而實(shí)現(xiàn)以數(shù)字量的形式描述零件及其噴丸成形全過(guò)程,并將各階段形成的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理起來(lái)的先進(jìn)成形技術(shù)-數(shù)控噴丸。

3、自動(dòng)化噴丸成形技術(shù)

       自動(dòng)化噴丸成形技術(shù)的實(shí)施現(xiàn)可分為3個(gè)階段,即概念設(shè)計(jì)和分析階段、預(yù)生產(chǎn)(研制)階段和生產(chǎn)階段。

在概念設(shè)計(jì)和分析階段,主要針對(duì)零件的CAD數(shù)模進(jìn)行噴丸成形工藝性分析和評(píng)估,制定出初始的噴丸成形工藝方案和成形工藝參數(shù),同時(shí)針對(duì)用戶(hù)的設(shè)備和人員狀況制定相應(yīng)的需求;在預(yù)生產(chǎn)階段,主要通過(guò)試驗(yàn)件的噴丸成形試驗(yàn)對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化,生成有關(guān)工藝控制文件和程序,同時(shí)對(duì)用戶(hù)的設(shè)備進(jìn)行必要的升級(jí)和調(diào)整,另外,在此階段還可并行進(jìn)行零件設(shè)計(jì)的更改和完善;在生產(chǎn)階段,通過(guò)調(diào)用已經(jīng)制定好的有關(guān)零件控制程序,即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化噴丸成形,同時(shí)完成對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)培訓(xùn)。

      通過(guò)以上描述的3個(gè)階段，用戶(hù)的可以建立起自動(dòng)化噴丸成形技術(shù)體系,以后再需要進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，只需要進(jìn)行離線(xiàn)編程然后再將有關(guān)數(shù)據(jù)和程序傳遞到用戶(hù)設(shè)備上,即可進(jìn)行自動(dòng)化噴丸成形的工藝，開(kāi)展加工成形。