噴丸作為一種表面強化工藝，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)時的鐵匠就已經(jīng)認識到在冷態(tài)下經(jīng)過錘子錘打的金屬可以變得更加堅硬。中世紀的歐洲人在使用馬拉轎車中發(fā)現(xiàn)，同樣的板式彈簧，凡經(jīng)過表面吹沙處理的，使用壽命顯著提高。這些只是人們對噴丸的最初認識，在進入20 世紀后，人們便開始使用金屬顆粒對彈簧和大型齒輪的齒根進行噴丸強化處理。

      尤其是到了20 世紀 40 年代，大批研究者開始在噴丸工藝方面做出了大量的研究和探索，對噴丸工藝的認識也提升到一個更高層次，從而推動和擴展了這項工藝的應(yīng)用范圍。洛克希德·馬丁公司的工程師 Jim Boerger 從噴丸強化 Almen試片中得到啟發(fā)，開創(chuàng)了一種現(xiàn)代飛機制造中的先進成形技術(shù)——噴丸成形技術(shù)。

      噴丸成形的基本原理是：利用高速彈丸（直徑1-6mm）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)生向受噴面凸起的雙向彎曲變形。

噴丸成形技術(shù)的優(yōu)點主要有:

1)工藝裝備簡單,不需要成形模具,因此零件制造成本低,對零件尺寸大小的適應(yīng)性強;

2)由于噴丸成形后,沿零件厚度方向在上、下兩個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,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，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。美國率先在“星座號”飛機上采用噴丸成形技術(shù)制造機翼整體壁板，20世紀50年代中期開始，噴丸成形技術(shù)開始踏上航空制造的歷史舞臺，包括民用軍用飛機機翼、機身等壁板類零件的成形等。

近年來,隨著現(xiàn)代飛機對整體氣動性能的要求越來越高,以及計算機技術(shù)的快速發(fā)展,大大促進了噴丸成形技術(shù)的研究和開發(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/強化技術(shù)等,大大擴展了噴丸成形技術(shù)的加工能力和應(yīng)用范圍。

1、預(yù)應(yīng)力噴丸成形 

        進入 20 世紀 80 年代以后，超臨界機翼成為飛機的先進性重要標(biāo)志，組成機翼的整體壁板也出現(xiàn)了復(fù)雜馬鞍形和扭轉(zhuǎn)特點，而且?guī)Ы罱Y(jié)構(gòu)明顯增多。對于此類零件傳統(tǒng)噴丸成形很難滿足其所需變形量，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，然后對其進行噴丸的成形方法。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，同時預(yù)應(yīng)力噴丸還可有效控制沿噴丸路線方向的附加彎曲變形，該技術(shù)的應(yīng)用進一步推動了噴丸成形技術(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飛機制造的機翼帶筋整體壁板。預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的應(yīng)用,避免了采用機械彎曲的方法成形該類零件所帶來的對疲勞壽命的不利影響。

       當(dāng)然,要對零件施加預(yù)應(yīng)力需要設(shè)計制造專門的預(yù)應(yīng)力夾具,預(yù)應(yīng)力夾具設(shè)計時要確保簡單、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,進一步研究簡單易行的預(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

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)對零件進行數(shù)字化工藝幾何信息分析,對噴丸成形工藝參數(shù)進行選擇和優(yōu)化,對噴丸成形過程進行模擬和控制,對成形零件的外形進行數(shù)字化檢測,對零件的噴丸成形工藝文件和程序進行數(shù)字化管理等,從而實現(xiàn)以數(shù)字量的形式描述零件及其噴丸成形全過程,并將各階段形成的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理起來的先進成形技術(shù)-數(shù)控噴丸。

3、自動化噴丸成形技術(shù)

       自動化噴丸成形技術(shù)的實施現(xiàn)可分為3個階段,即概念設(shè)計和分析階段、預(yù)生產(chǎn)(研制)階段和生產(chǎn)階段。

在概念設(shè)計和分析階段,主要針對零件的CAD數(shù)模進行噴丸成形工藝性分析和評估,制定出初始的噴丸成形工藝方案和成形工藝參數(shù),同時針對用戶的設(shè)備和人員狀況制定相應(yīng)的需求;在預(yù)生產(chǎn)階段,主要通過試驗件的噴丸成形試驗對工藝進行優(yōu)化,生成有關(guān)工藝控制文件和程序,同時對用戶的設(shè)備進行必要的升級和調(diào)整,另外,在此階段還可并行進行零件設(shè)計的更改和完善;在生產(chǎn)階段,通過調(diào)用已經(jīng)制定好的有關(guān)零件控制程序,即可實現(xiàn)自動化噴丸成形,同時完成對相關(guān)人員的技術(shù)培訓(xùn)。

      通過以上描述的3個階段，用戶的可以建立起自動化噴丸成形技術(shù)體系,以后再需要進行新產(chǎn)品開發(fā)時，只需要進行離線編程然后再將有關(guān)數(shù)據(jù)和程序傳遞到用戶設(shè)備上,即可進行自動化噴丸成形的工藝，開展加工成形。