喷丸作为一种【wéi yī zhǒng】表面强化工艺【huà gōng yì】，它的历【tā de lì】史可追【shǐ kě zhuī】溯到公元前【yuán qián】 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】冷态下经过锤子锤打【zǐ chuí dǎ】的金属可以变【kě yǐ biàn】得更加【dé gèng jiā】坚硬。中世纪的欧洲人在使用马拉【yòng mǎ lā】轿车中发现，同样的【tóng yàng de】板式弹簧，凡经过表面吹沙处理的，使用寿命显著提高。这些只【zhè xiē zhī】是人们【shì rén men】对喷丸的最初认识，在进入20 世纪后【shì jì hòu】，人们便【rén men biàn】开始使【kāi shǐ shǐ】用金属颗粒对弹簧和大型齿轮的齿【lún de chǐ】根进行喷丸强化处理。

      尤其是到了20 世纪【shì jì】 40 年代，大批研【dà pī yán】究者开【jiū zhě kāi】始在喷丸工艺方面做出了大量的研究和探索，对喷丸工艺的认识也【rèn shí yě】提升到一个更【yī gè gèng】高层次，从而推动和扩展了这项工艺的应用范围【fàn wéi】。洛克希【luò kè xī】德【dé】·马丁公司的工程师【chéng shī】 Jim Boerger 从喷丸【cóng pēn wán】强化 Almen试片中得到启【dé dào qǐ】发，开创了一种现代飞机制造中【zhì zào zhōng】的先进【de xiān jìn】成形技【chéng xíng jì】术——喷丸成形技【chéng xíng jì】术。

      喷丸成形的基【xíng de jī】本原理【běn yuán lǐ】是：利用高速弹丸【sù dàn wán】（直径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而延伸，从而逐步使板【bù shǐ bǎn】材发生【cái fā shēng】向受喷面【miàn】凸起的双向弯曲变【wān qǔ biàn】形。

喷丸成形技术的优点主要有:

1)工艺装备简单【bèi jiǎn dān】,不需要成形模【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【wán chéng xíng】后,沿零件厚度方向在上、下两个【xià liǎng gè】表面均形成残余压应【yú yā yīng】力(如下图【rú xià tú】所示【suǒ shì】),因此在零件成形的同时,还可以改善零【gǎi shàn líng】件的抗【jiàn de kàng】疲劳性 能;

3)既可以【jì kě yǐ】成形单【chéng xíng dān】曲率零件,也可以成形复【chéng xíng fù】杂双曲率零件。

正是基于这些优点【yōu diǎn】，喷丸成形技术已广泛应用于【yīng yòng yú】航空航【háng kōng háng】天等领【tiān děng lǐng】域的整【yù de zhěng】体壁板零件制【líng jiàn zhì】造【zào】。美国率先在“星座号”飞机上采用喷【cǎi yòng pēn】丸成形技术制造机翼【zào jī yì】整体壁板，20世纪50年代中期开始【qī kāi shǐ】，喷丸成形技术开始踏【kāi shǐ tà】上航空制造【zào】的历史舞台，包括民【bāo kuò mín】用军用飞机机翼【yì】、机身等壁板类零件的成形等。

近年来,随着现代飞机对整体【duì zhěng tǐ】气动性【qì dòng xìng】能的要求越来越高,以及计【yǐ jí jì】算机技【suàn jī jì】术的快【shù de kuài】速发展【sù fā zhǎn】,大大促进了喷【jìn le pēn】丸成形【wán chéng xíng】技术的研究和开发,出现了预应力喷丸技术、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【lì hé yīng】用范围。

1、预应力喷丸成形 

        进入【jìn rù】 20 世纪 80 年代以后，超临界机翼成为飞机的先进【de xiān jìn】性重要标志【biāo zhì】，组成机翼的【de】整体壁板也出现【yě chū xiàn】了复杂【le fù zá】马鞍形和扭转特点【tè diǎn】，而且带筋结构明显增多【duō】。对于此类零件传统喷丸成形很难满【hěn nán mǎn】足其所需变形量，为此预应力【yù yīng lì】喷丸成形技术【xíng jì shù】便得到了重视。预应力【yù yīng lì】喷丸成形是一种在成【zhǒng zài chéng】形前借助预应力【yù yīng lì】夹具在板坯上施加【shàng shī jiā】弹性变形力，然后对【rán hòu duì】其进行【qí jìn háng】喷丸的【de】成形方法。在相同【zài xiàng tóng】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的【de】2-3倍，同时预应力【yù yīng lì】喷丸还可有效控制沿喷【zhì yán pēn】丸路线方向的【fāng xiàng 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【tuī dòng le】喷丸成形技术【xíng jì shù】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】在超临界机翼整体壁板的制造中已【zào zhōng yǐ】经获得【jīng huò dé】应用,加拿大NMF公司采用预应力【yù yīng lì】喷丸技术为以色列Galaxy飞机制造的机翼带筋整体壁板。预应力【yù yīng lì】喷丸成形技术【xíng jì shù】的应用【de yīng yòng】,避免了采用机【cǎi yòng jī】械弯曲【xiè wān qǔ】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【shī jiā yù】应力需要设计制造专门的预应力【yù yīng lì】夹具,预应力【yù yīng lì】夹具设【jiá jù shè】计时要确保简单【dān】、轻便、易于操作,并要与所采用的喷丸【de pēn wán】设备相【shè bèi xiàng】协调。因此,进一步研究简【yán jiū jiǎn】单易行【dān yì háng】的预应力【yù yīng lì】加载方式以及采用【jí cǎi yòng】有限元法分析和准确确定所施加预【shī jiā yù】应力的大小,以确保【yǐ què bǎo】零件在预应力【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】喷丸成形技术的发展趋【fā zhǎn qū】势

2、数字化喷丸成形技术

       数字化【shù zì huà】喷丸【wán】成形技术【jì shù】，顾名思义便是利用数字化【shù zì huà】技术【jì shù】对零件进行【jiàn jìn háng】数字化【shù zì huà】工艺几何信息分析,对喷丸【duì pēn wán】成形工【chéng xíng gōng】艺参数【yì cān shù】进行选择和优【zé hé yōu】化,对喷丸【duì pēn wán】成形过程进行模拟和【mó nǐ hé】控制,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【wán】成形工【chéng xíng gōng】艺文件和程序进行数【jìn háng shù】字化管理等【lǐ děng】,从而实【cóng ér shí】现以数字量的形式描述零件及其喷【jí qí pēn】丸【wán】成形全过程,并将各阶段形成的数【chéng de shù】据统一管理起来的先进成形技术【jì shù】-数控喷【shù kòng pēn】丸【wán】。

3、自动化喷丸成形技术

       自动化【zì dòng huà】喷丸成【pēn wán chéng】形技术的实施现可分为3个阶段【duàn】,即概念设计和分析阶段【duàn】、预生产【yù shēng chǎn】(研制【yán zhì】)阶段【duàn】和生产阶段【duàn】。

在概念【zài gài niàn】设计和分析阶段,主要针对零件的CAD数模进行喷丸成形工【chéng xíng gōng】艺性分析和评估,制定出初始的喷丸成形工【chéng xíng gōng】艺方案和成形工【chéng xíng gōng】艺参数,同时针对用户【duì yòng hù】的设备和人员状况制【zhuàng kuàng zhì】定相应【dìng xiàng yīng】的需求;在预生【zài yù shēng】产阶段,主要通过试验【guò shì yàn】件的喷丸成形试验对工艺进【gōng yì jìn】行优化,生成有关工艺【guān gōng yì】控制文【kòng zhì wén】件和程序【xù】,同时对【tóng shí duì】用户的设备进【shè bèi jìn】行必要的升级和调整,另外【lìng wài】,在此阶段还可并行进【bìng háng jìn】行零件设计的更改和完善【wán shàn】;在生产【zài shēng chǎn】阶段,通过调用已经制定好的有关【de yǒu guān】零件控制程序【zhì chéng xù】,即可实现自动【xiàn zì dòng】化喷丸成形,同时完【tóng shí wán】成对相【chéng duì xiàng】关人员的技术培训。

      通过以【tōng guò yǐ】上描述的【de】3个阶段，用户的【yòng hù de】可以建【kě yǐ jiàn】立起自【lì qǐ zì】动化喷丸【huà pēn wán】成形技术体系,以后再需要进行新产【háng xīn chǎn】品开发【pǐn kāi fā】时，只需要【zhī xū yào】进行离线编程然后再将有关数据和程序传递到用户设备上,即可进行自动化喷丸【huà pēn wán】成形的【de】工艺，开展加工成形【gōng chéng xíng】。