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【sù dào gōng】元前【yuán qián】 2700 年，可谓历史悠久。据记载，当时的铁匠就已经认【yǐ jīng rèn】识到在冷态下经过锤【jīng guò chuí】子锤打的金属可以变得更加坚硬。中世纪的欧洲人在使【rén zài shǐ】用马拉轿车中发现，同样的板式弹簧【huáng】，凡经过表面吹沙处理【shā chù lǐ】的，使用寿命显著提高【tí gāo】。这些只是人们【shì rén men】对喷丸的最初认识，在进入20 世纪后，人们便【rén men biàn】开始使【kāi shǐ shǐ】用金属颗粒对【kē lì duì】弹簧【huáng】和大型齿【dà xíng chǐ】轮的齿【lún de chǐ】根进行喷丸强化处理【huà chù lǐ】。

      尤其是到了20 世纪 40 年代，大批研【dà pī yán】究者开【jiū zhě kāi】始在喷丸工艺方面做【fāng miàn zuò】出了大量的研究和探【jiū hé tàn】索【suǒ】，对喷丸工艺的【gōng yì de】认识也提升到一个更高层次【gāo céng cì】，从而推动和扩展了这项工艺的【gōng yì de】应用范围。洛克希德【dé】·马丁公司的工程师 Jim Boerger 从喷丸强化 Almen试片中【shì piàn zhōng】得到启发【fā】，开创了【kāi chuàng le】一种现代飞机制造中的先进成形技术【xíng jì shù】——喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】。

      喷丸成形的基本原理【běn yuán lǐ】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【miàn jí qí】下层金【xià céng jīn】属材料产生塑性变形而延伸，从而逐【cóng ér zhú】步使板材发生【cái fā shēng】向受喷面凸起【miàn tū qǐ】的双向弯曲变形。

喷丸成形技术的优点主要有:

1)工艺装备简单,不需要成形模具【jù】,因此零【yīn cǐ líng】件制造成本低【chéng běn dī】,对零件尺寸大小的适应性强【yīng xìng qiáng】;

2)由于喷【yóu yú pēn】丸成形后,沿零件厚度方【hòu dù fāng】向在上、下两个【xià liǎng gè】表面均形成残余压应力(如下图【rú xià tú】所示),因此在【yīn cǐ zài】零件成形的同时,还可以改善零件的抗【jiàn de kàng】疲劳性【pí láo xìng】 能;

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

正是基于这些优点，喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】已广泛应用于【yīng yòng yú】航空航天等领域的整体壁【zhěng tǐ bì】板【bǎn】零件制造。美国率先在“星座号”飞机上【fēi jī shàng】采用喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】制造机翼【yì】整体壁【zhěng tǐ bì】板【bǎn】，20世纪50年代中【nián dài zhōng】期开始，喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】开始踏上航空【shàng háng kōng】制造的历史舞【lì shǐ wǔ】台【tái】，包括民用军用飞机机【fēi jī jī】翼【yì】、机身等壁板【bǎn】类零件的成形等。

近年来,随着现【suí zhe xiàn】代飞机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【dà dà cù】进了喷丸成形【wán chéng xíng】技术的【jì shù de】研究和开发,出现了【chū xiàn le】预应力喷丸技术、数字化【shù zì huà】喷丸成形【wán chéng xíng】技术、新型喷【xīn xíng pēn】丸成形【wán chéng xíng】/强化技术等,大大扩【dà dà kuò】展了喷丸成形【wán chéng xíng】技术的【jì shù de】加工能力和应用范围。

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【jī yì chéng】为飞机的先进性重要【xìng chóng yào】标志【biāo zhì】，组成机翼的整体壁板【tǐ bì bǎn】也出现了复杂【le fù zá】马鞍形【mǎ ān xíng】和扭转特点，而且带筋结构【jīn jié gòu】明显增【míng xiǎn zēng】多。对于此类零件传统喷丸成【pēn wán chéng】形很难满足其所【zú qí suǒ】需变形量，为此预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形技术便【jì shù biàn】得到了重视。预应力【yù yīng lì】喷丸成【pēn wán chéng】形是一种在成形前借助预应力【yù yīng lì】夹具在板坯【zài bǎn pī】上施加弹性变形力，然后对其进行喷丸的【pēn wán de】成形方法【fǎ】。在相同条件下，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【fù jiā wān】曲变形，该技术的应用进一步推动了【tuī dòng le】喷丸成【pēn wán chéng】形技术的发展。

       目前【mù qián】,预应力喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】在超临界机翼整体壁【zhěng tǐ bì】板的制【bǎn de zhì】造中已经获得应用,加拿大NMF公司采用预应【yòng yù yīng】力喷丸技术为【jì shù wéi】以色列Galaxy飞机制造的机翼带筋【yì dài jīn】整体壁【zhěng tǐ bì】板。预应力喷丸成【pēn wán chéng】形技术【xíng jì shù】的应用,避免了采用机械弯曲的方法【de fāng fǎ】成形该类零件【lèi líng jiàn】所带来【suǒ dài lái】的对疲劳寿命的不利影响。

       当然【dāng rán】,要对零件施加【jiàn shī jiā】预应力需要设计制造专门的【zhuān mén de】预应力夹具【jiá jù】,预应力夹具【jiá jù】设计时要【jì shí yào】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】的预应力加载方式以【fāng shì yǐ】及采用有限元【yǒu xiàn yuán】法分析和准确确定所施加预应力的大小,以确保零件在预应力下完全处于弹性变形范围内【fàn wéi nèi】,将是预【jiāng shì yù】应力喷【yīng lì pēn】丸成形技术的发展趋势

2、数字化喷丸成形技术

       数字化【shù zì huà】喷丸【wán】成形技术【xíng jì shù】，顾名思义便是【yì biàn shì】利用数字化【shù zì huà】技术【jì shù】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,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【yì wén jiàn】和程序进行数【jìn háng shù】字化管理等,从而实现以数字量的形式描【xíng shì miáo】述零件及其喷丸【wán】成形全过程,并将各阶段形【jiē duàn xíng】成的数据统一【jù tǒng yī】管理起来的先进成形技术【xíng jì shù】-数控喷丸【wán】。

3、自动化喷丸成形技术

       自动化喷丸成形技术【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【fèn xī jiē】段【duàn】、预生产(研制【yán zhì】)阶段【duàn】和生产阶段【duàn】。

在概念设计和【shè jì hé】分析阶【fèn xī jiē】段【duàn】,主要针对零件的CAD数模进行喷丸成形【wán chéng xíng】工艺性分析和评估【gū】,制定出【zhì dìng chū】初始的喷丸成形【wán chéng xíng】工艺方案和成形工艺参数【yì cān shù】,同时针对用户的设备和人员【hé rén yuán】状况制定相应【dìng xiàng yīng】的需求;在预生产阶段【duàn】,主要通【zhǔ yào tōng】过试验件的喷丸成形【wán chéng xíng】试验对工艺进行优化,生成有关工艺控制文【kòng zhì wén】件和程【jiàn hé chéng】序,同时对【tóng shí duì】用户的设备进行必要的升级【de shēng jí】和调整,另外,在此阶段还可【duàn hái kě】并行进行零件【háng líng jiàn】设计的更改和【gèng gǎi hé】完善;在生产【zài shēng chǎn】阶段【duàn】,通过调用已经制定好的有关【de yǒu guān】零件控制程序【zhì chéng xù】,即可实现自动化喷丸成形【wán chéng xíng】,同时完成对相【chéng duì xiàng】关人员的技术培训【péi xùn】。

      通过以上描述的【de】3个阶段，用户的【de】可以建立起自动化喷丸成形技术体系,以后再需要进【xū yào jìn】行新产【háng xīn chǎn】品开发【pǐn kāi fā】时，只需要进【xū yào jìn】行离线编程【xiàn biān chéng】然后再将有关【jiāng yǒu guān】数据和【shù jù hé】程序传【chéng xù chuán】递到用户设备上,即可进【jí kě jìn】行自动化喷丸成形的【de】工艺【gōng yì】，开展加工成形。