喷丸成形
喷丸成形的原理和特点
喷丸成形的原理和特点
1. 喷丸成形啊，简单来说就是利用高速喷射的弹丸来让零件变形，就好像是无数个小拳头在使劲捶打一样。
你想想看，那些飞机翅膀的复杂形状，很多就是通过喷丸成形弄出来的呀！
2. 它的原理呢，其实就是弹丸撞击零件表面产生的力让材料发生塑性变形啦。
这不就跟我们小时候玩泥巴，把泥巴捏成各种形状一个道理嘛！比如汽车的轮毂，不就是这样塑造出来的吗！
3. 喷丸成形的特点之一就是精确，能把零件弄成特别精细的形状，简直太牛了！就好比能在一块大蛋糕上精准地雕出一朵花来，是不是很厉害！像一些精密仪器的部件不就是靠这个嘛！
4. 还有哦，喷丸成形很高效呢！快速地就能把零件弄好，不用等太久。
就像你肚子饿的时候，能马上吃到热腾腾的食物一样爽！比如那些급속히生产
出来的机械零件不就是吗！
5. 它还特别可靠呀，能稳定地让零件达到要求的形状。
这就好像是一位忠实的朋友，永远靠谱！像那些高质量的飞机零件绝对离不开可靠的喷丸成形呀！
6. 喷丸成形还有个优点，就是能强化零件的表面呢！让零件更坚固耐用。
这不就像给人穿上了一层厚厚的铠甲，能抵御各种伤害。
你看那些经常用的工具不就是这样更耐用了吗！
7. 而且呀，喷丸成形的适应性超强的！各种材料都能搞定。
这就像是一个全能选手，什么项目都能行！不管是金属还是别的，都能处理得好好的，厉害吧！比如各种各样的工业制品都靠这个呢！
8. 总之呢，喷丸成形真的是超级棒！在制造业中有着不可或缺的地位。
它就是那个能让各种奇奇怪怪的零件诞生的魔法，让我们的生活变得更加丰富多彩呀！。
大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用
大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用胡宗浩;罗明生;胡永祥;姚振强【摘要】激光喷丸成形技术利用激光诱导冲击效应在壁板表层引入非均匀分布塑性应变,塑性层厚度是传统机械喷丸的5～10倍,能够有效克服传统壁板成形技术的不足,实现大型高加筋复杂型面带筋壁板的形性一体化成形制造.对激光喷丸成形技术的进展,从激光喷丸成形机理与规律、复杂型面激光喷丸成形几何形状控制、大型带筋壁板激光喷丸成形系统几个方面进行了综述;回顾了激光喷丸成形的发展脉络,介绍了大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用现状,并对近几年激光喷丸成形技术的发展与趋势进行了梳理;指出了实现大型整体壁板激光喷丸成形应用的核心是掌握变形机理,解决成形工艺规划问题,并研制适用于大型整体壁板成形的工艺装置.%Laser peen forming (LPF) for large panel is a kind of deformation technology by inducing nonuniform plastic strain on surface using the laser-induced shock wave.The depth of plastic strain of LPF is five to ten times of the traditional shot peening,hence it can be applied for the manufacture of large panel with high ribs and complex geometry.This paper presents a recent progress of LPF from following aspect:the mechanism of bending deformation of LPF,the shape controlling of LPF for complex geometry and the apparatuses developed for LPF.The background and research status quo are summarized,and the advises are given for the research of LPF.The most important for LPF of large panel is acquainting the bending mechanism and the process optimization and developing apparatus for LPF.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】6页(P43-48)【关键词】激光喷丸成形;大型壁板;变形机理;工艺规划;工艺装置【作者】胡宗浩;罗明生;胡永祥;姚振强【作者单位】航空工业沈阳飞机设计研究所,沈阳110035;上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文激光喷丸成形是近些年提出并快速发展的一种有效的适用于大型带筋壁板的高性能精确成形技术。
激光喷丸成形金属板料的研究
激光喷丸成形金属板料的研究近年来，随着制造业技术和材料的快速发展，金属板料的成形工艺在工业领域日益受到重视。
在近十几年的发展中，激光喷丸成形工艺已经开始受到广泛关注，因其对板料材料表面质量有着良好的控制能力。
本文以激光喷丸成形金属板料为主题，重点讨论其发展历史、相关技术及其在自动化生产领域的实际应用。
首先，可以从1980年代激光喷丸成形技术出现讲起，当时由美国宇航局以及其他机构开发了激光喷丸成形技术，以满足航空航天行业的高质量需求。
目前，激光喷丸成形技术的发展已经较为成熟，主要应用于汽车、航天和军用等行业。
激光喷丸成形技术主要包括喷丸装置、循环水冷却系统、工作台和激光装备等，它的主要特点是：金属材料的表面精度高，成形效率高，加工精度高，材料利用率高。
其次，在激光喷丸成形技术发展过程中，已经推出了一些改进性质的技术。
其中，激光重复喷丸成形技术是一种新兴技术，它是在单次喷丸成形技术的基础上进行了优化，利用激光束来集中喷丸，从而达到更小的成形半径，更高的成形精度。
另外，激光喷丸辅助热处理技术也是一项新的技术，其目的是在准备成形的金属片上进行热处理，以提高围型精度和表面光洁度。
最后，随着自动化生产技术的发展，激光喷丸成形技术已经成为自动化生产流水线中不可缺少的技术。
它可以满足高速、高效、质量稳定的生产需求，并可以提高产品的竞争力，为企业节约大量的生产成本。
目前，激光喷丸成形技术已经被广泛应用于航天领域，在航天飞行器、太阳能电池板、推进剂等领域有着广泛的应用。
综上所述，激光喷丸成形技术在金属板料成形行业中具有重要意义。
它不仅具有良好的控制能力，还具有较高的精度、高效率、抗腐蚀性等优点。
同时，激光喷丸成形技术在自动化生产领域也取得了良好的实践应用，为企业提供了更高效、灵活的生产方式，为企业带来更高的技术竞争力。
未来，随着新技术的出现，激光喷丸成形技术将发挥更大的作用，为工业领域提供更多更好的支持。
综上所述，激光喷丸成形技术是一种有效的金属板料成形技术，它不仅具有良好的控制能力，还具有较高的精度、高效率、抗腐蚀性等优点，因此在工业领域越来越受到欢迎，并开始受到广泛关注。
喷丸成形技术在民航领域的应用
一个关键环节。传统的方法多采用模具或液 压成形等工艺，但这些方法对于大型蒙皮成形存在一定的局限性。喷丸成形技术 作为一种非传统加工方法，能够有效地解决大型蒙皮成形的难题。通过喷丸成形 技术，可以精确地控制蒙皮的形状和厚度，提高飞机的气动性能和结构强度。
先进喷丸成形技术主要应用于模具制造、机械加工、航天航空等领域。在模 具制造领域，通过先进喷丸成形技术可提高模具表面的硬度和耐磨性，延长模具 使用寿命；在机械加工领域，该技术可提高加工效率，实现复杂构件的近净成形； 在航天航空领域，先进喷丸成形技术可用于制备高性能轻质合金材料，提高航空 器的性能和安全性。
总之，金属板料激光喷丸成形技术是一种重要的制造技术，具有广泛的应用 前景和重要价值。本次演示介绍了该技术的基本理论、数值模拟方法和应用领域， 希望能够为相关领域的研究和实践提供一些有益的参考和启示。
谢谢观看
一、金属板料激光喷丸成形基本 理论
激光喷丸成形的基本原理是利用高能激光束冲击金属板料，使其产生塑性变 形。激光束的能量密度高，可以在极短时间内作用于金属板料表面，产生高应变 速率，导致材料发生非均匀塑性变形。这种变形是不可逆的，因此可以在金属板 料表面形成各种形状和结构的物体。
在激光喷丸成形过程中，金属板料的变形受到多种因素的影响，如激光功率、 脉冲宽度、脉冲次数、冲击速度等。这些因素会影响到金属板料的变形程度、变 形均匀性、残余应力等。因此，需要对这些因素进行深入研究，以优化工艺参数， 提高成形质量。
二、金属板料激光喷丸成形数值 模拟
金属板料激光喷丸成形的数值模拟是利用计算机软件对激光喷丸过程进行模 拟，以预测材料的变形行为、应力分布、缺陷形成等。常用的数值模拟方法包括 有限元法、有限差分法、离散元法等。
有限元法是一种将连续体离散化为单元体的数值模拟方法。该方法能够准确 地模拟材料的力学行为和非线性变形，因此在激光喷丸成形中得到了广泛应用。 在有限元法中，常用的软件包括ANSYS、SolidWorks等。有限差分法是一种将区 域离散化为网格的方法。该方法在处理激光喷丸成形问题时，具有计算速度快、 内存占用少等优点。
激光喷丸成形金属板料的研究
激光喷丸成形金属板料的研究近年来，随着激光喷丸成形（LSP）技术的飞速发展和普及，已成为一种强有力的成形方式，广泛应用于机械制造，航空航天，汽车制造等行业。
然而，激光喷丸成形金属板料的研究仍是一项重要课题。
本文旨在为激光喷丸成形金属板料提供全面的研究和分析，目的是确定其最佳工艺性能参数以及最大化获得的金属制品的质量。
在我们的研究中，LSP技术的基本原理和实现原理被深入详细分析，以改进金属板料的性能。
首先，我们通过系统性地研究和分析激光喷丸成形，以了解该工艺及其影响金属板料性能的关键参数。
其次，针对不同材料、工艺参数和加工环境进行模拟，评估喷丸单元对板材表面形貌和性能的影响。
最后，提出一种有效的实证研究，以验证和确认喷丸成形工艺的性能参数，以实现最优的性能结果。
首先，我们深入研究激光喷丸成形工艺的基本原理，以及其在金属板料上的技术应用。
激光喷丸成形是一种被动的成型技术，可利用激光能量将微粒射出，以形成所需的形状。
采用喷丸单元对一定厚度的金属板料进行加工，以大大提高板材表面宽度和精度，从而获得性能优良的金属制品。
不同的材料和工艺参数会影响LSP金属板料的表面粗糙度、形状准确度和力学性能。
因此，选择正确的参数对于实现最佳工艺性能十分关键。
其次，基于对金属板料性能的分析，我们对激光喷丸成形进行模拟，以识别工艺参数的重要性和影响。
我们建立了一个模拟模型，以预测板材表面粗糙度、形状准确度和力学性能之间的协同关系，并识别出影响改变金属板料表面性能的因素。
借助此模拟模型，我们可以在最小的时间和成本内实现最佳的表面性能。
最后，为了验证和确认激光喷丸成形的工艺性能参数，我们进行了实际加工实证，以实现最大化金属制品的质量。
通过实验，可以比较不同参数的形状精度、表面粗糙度等金属板料性能，确定出最佳的工艺参数。
总之，本文详细介绍了激光喷丸成形金属板料的研究，以确定其最佳工艺性能参数和质量最大化获得金属制品。
我们通过系统性研究，以及模拟和实验，有效地评估和优化喷丸成形工艺参数，从而获得最佳性能结果。
起源于2700年前，现在还用来制造飞机零件—这项技术先进吗？
起源于2700年前，现在还用来制造飞机零件—这项技术先进吗？一、简介图1.喷丸技术处理零件表面随着现代工业的高速发展，作为一种重要的表面强化和加工方法，喷丸技术在各个领域有着重要应用。
本专题主要从概念、原理、应用等方面对喷丸技术进行讲述。
首先，什么是喷丸？喷丸是一种将高速弹丸流喷射到金属表面来提高零件寿命的表面强化工艺。
它的历史可以追溯到公元前2700年。
据记载，当时的铁匠和铸剑师们就发现，采用锤子捶打金属的表面，能够使它们更坚固以防折断。
真是佩服古人的智慧啊，所以也可以说喷丸是起源于锤子打铁。
（是不是没有想到呢？没错，就是本宝宝啦~~~~）图2.中世纪马拉轿车齿轮采用表面吹沙处理技术到中世纪时，欧洲人在使用马拉轿车时，认识到凡是经过表面吹沙处理的板式弹簧，使用寿命会更高一些。
20世纪初，人们开始使用金属颗粒对弹簧和大型齿轮的齿根进行喷丸强化处理。
经过20世纪40年代大批研究者的努力，大家对喷丸工艺的认识提升到一个更高层次，从而推动和扩展了这项工艺的应用范围。
洛克希德·马丁公司的工程师Jim Boerger从喷丸强化Almen试片中得到启发，开创了一种现代飞机制造中的先进成形技术——喷丸成形技术。
因此，需要注意的是，喷丸技术包括喷丸强化和喷丸成形，这是两个不同的概念，喷丸成形是由喷丸强化演变而来的。
二、原理对喷丸的概念和起源有了大概了解，下面来看一下喷丸强化的内在机理是怎样的呢？怎么就那么厉害，锤击一下，就能让金属零件变得更“强壮”？看看下面这个示意图，你就懂了。
图3.喷丸强化原理示意图当一个圆球体高速轰击金属表面时，会使表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，提高金属的疲劳强度。
图4.喷丸强化机理示意图将若干特定数量特定尺寸的小球以一定速度向金属表面进行喷射时，凹陷部分不断重叠，就会在金属表面形成平滑的强化层。
经典的喷丸加工应力曲线见下图，从数据上更加形象也更加专业的展现了喷丸所带来的零件表面压应力和表面硬度的变化。
激光喷丸成形金属板料的研究
激光喷丸成形金属板料的研究随着社会经济的发展，金属板料的应用越来越广泛。
金属板料有着众多非常值得让人探究的特性，它们被广泛地用于汽车制造、机械制造、家用电器等行业。
金属板料的加工一般都以旋削、磨削和切割等加工方式来实现。
然而，这些方法存在着工艺耗时、工作效率低和复杂的制造手段等缺点。
近年来，激光喷丸成形技术被越来越多地应用在金属板料加工上，它使得金属板料的加工不仅节省了大量的时间，而且效率更高，具有良好的制造效果。
激光喷丸成形技术是一种新型的材料加工技术，它结合了激光切割和喷丸成形两种工艺。
首先，由激光切割头发出的高强度激光脉冲扫掠金属板料，将金属板料切割成某种形状，形成模具。
然后，由激光喷丸头在模具内部发射喷丸，喷丸迅速加热并压制金属板料，使之成形。
激光喷丸成形技术能够满足金属板料不同类型、不同规格、不同尺寸、不同厚度、不同形状等多种要求，而且它的加工效率比传统的加工方式要高得多，可以大大减少加工的时间和成本。
此外，激光喷丸成形技术还具有精度高、表面光洁度高等特点，因此在成形金属板料时，可以有效地节省生产工艺中的许多步骤，降低成品的制作成本。
同时，对于一些型号复杂的金属板料，激光喷丸成形技术也可以发挥出良好的加工效果。
目前，激光喷丸成形技术已得到了广泛的应用，如汽车零件制造、家用电器制造、飞机零件制造等行业。
虽然激光喷丸成形技术在金属板料加工中表现出色，但是它也存在着一些不足，如工艺投入资源大、设备成本昂贵等。
因此，科学家们针对这一点，展开了大量的研究，以提高激光喷丸成形技术的效率。
首先，他们改进了激光喷丸头的结构，以增加喷丸的精度和效率，消除喷丸时产生的内压和热效应。
其次，在传统的激光切割头上增加了冷却装置，以保护金属板料免受高温的烧伤，从而提高激光喷丸成形技术的效率。
最后，科学家们利用现代计算机技术，对激光喷丸机的控制系统进行了调整，以弥补激光喷丸技术的不足，提高激光喷丸成形技术的效率。
综上所述，激光喷丸成形技术是一种很实用的金属板料加工技术，它可以有效地替代传统的加工方式，从而降低生产成本，提高加工效率。
6 喷丸成形
—— 整体壁板的滚弯成形
—— 整体壁板的滚弯成形
单曲度整体壁板不仅可用闸压成形 也可用滚弯成形。成形时在内表面垫 以硬塑料板，此塑料板预先加工出窝 存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚 弯，避免由于筋条而阻碍滚弯。
—— 整体壁板的拉形
沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用 普通机床亦可拉形简单型式的整体壁 板，但通常需要专用的复杂工夹具。 复杂整体壁板由于有筋条部位和无 筋条部位之间刚度差异很大，通常在 拉形后表面出现严重凸凹不平，因此 一般需采用专用拉形机拉形。
2．整体壁板的化学铣切
（1）化铣原理
利用金属能在某些酸或碱溶液中溶 解的特性，“铣切”（蚀除）去需加工 的表面，对于不需加工的表面则用保护 层加以保护。 利用酸或碱蚀除金属的原理，不仅 可加工铝合金而且能加工某些合金钢或 钛合金。
2Al + 2NaOH + 2H2O -> 2NaAlO2 + 3H2
* 毛坯的校平与消除残余内应力
供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原 材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消 除残余应力及探伤检验等等工序。 其中校平与消除残余应力是影响整体壁 板加工效率和质量的重要环节。 消除残余内应力最有效的办法是在厚板 淬火后经过1.5~2.5%变形程度的拉伸校正， 然后经过自然或人工时效处理再送去加工。
2、挤压毛坯
—— 挤压毛坯
它的优点是能得到比模锻更大的壁 板，与模锻相比较，这种方法所需的设 备功率较小，模具制造费用较低，生产 效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位， 需表面修整外，不需进一步加工。 毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平 设备限制，模具寿命低。
3、自由锻毛坯和热轧平板
——自由锻毛坯和热轧平板
它的优点是厚板供应来源广，而且 允许设计者较自由地布置筋条和凸台， 生产准备周期短，能适应机种迅速改变， 制造精度及光洁度较高。 其缺点也是非常明显的，即加工量 大，材料利用率很低（一般仅为10%左 右），需配备大型高效率切削机床。
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激光喷丸成形的主要特点及优点 • 工艺装备简单，无需成形模具，只需简单的夹具。准备周期短，固定 投资少。 • 加工的柔性大，既可成形单曲率外形如球面，又可成形双曲率外形， 如机翼上下气动弯折区或非直母线区，而且零件长度不受喷丸成形方 法的限制，如需蒙皮的战斗机机翼的长度达几十米。 • 克服了利用冲压模具使板料变形产生有害拉应力的缺点，产生的残余 压应力可对板料起到强化作用，提高了零件抗疲劳、抗腐蚀、抗变形 的性能。 • 激光参数和喷丸的路径精确可控，激光参数具有连续性，重复性，板 料内部的残余应力可以通过增加喷丸的次数叠加，因此成形精确。 • 可对变厚度的板料进行成形，而且成形的零件表面光洁、工艺可靠。
高压水喷丸技术的基本原理
高压水射流喷丸强化技术与传统的喷丸强化技术相比具有以下优点： ① 对结构复杂的（如有凹槽结构的）零构件表面的喷丸强化很容易实 施，且不留死角，这是热喷丸强化所不能及的 ② 通过先前的实验验证可知被加工表面的粗糙度值Ra增加很小，有 利于应力集中现象的减少，提高了喷丸强化的效果 ③ 喷丸强化效果比较好，其喷丸强度高，喷丸覆盖率可达100%,另外 高于水射流喷丸强化技术还可实现多表面同时加工。喷丸效率比传 统法高很多，加工成本却低很多。 ④ 高压水射流喷丸技术的加工操作简单方便，对加工对象要求不高， 易于今后该技术的数控化和自动化操作的实现。 ⑤ 与以前的喷丸加工技术相比，由于工作介质主要是水，来源丰富， 对环境无污染，且操作过程中无尘、无毒、无味。是真正的高效、 节能、安全、卫生的喷丸技术；是真正体现“以人为本”政策的加 工技术；是真正实现了绿色环保要求的喷丸强化技术。
主要问题： 硬件方面:需要具备可编程控制的多坐标数控喷丸设备 软件方面:需要具备喷丸成形工艺数据库技术、模拟分析 技术、数字化测量技术、虚拟可视化技术、以及丰富的实 际经验以便快速制定出合理正确的工艺路线等。设备制造
商需要与对材料及成形工艺有着专门研究的公司共同合作，
才能确保整个喷丸成形项目的顺利完成。
优点 工件表面粗糙度值较低。 缺点 硬化层的深度较浅。
VI. 激光喷丸成形技术
采用高频、高功率、短脉冲激光束冲击放于层流水中的表面涂有 半透明烧蚀材料的工件表面, 激光脉冲穿过层流水而被烧蚀层吸 收, 并在层流水上产生等离子云, 在10ns～100ns 内等离子快速膨 胀在工件表面上产生1GPa ～ 10GPa 的压力,并形成平面激波, 从 而使工件表层产生塑性变形。
发展建议 (l)进一步加深高压水强化机理的分析，深入研究微 射流和冲击波现象的冲击能力和特点，以求更好 的控制强化效果; (2)进一步拓宽高压水射流参数进行试验，加深对冲 蚀性能影响规律的研究; (3)进一步改进喷嘴结构，提高设备功率，从而提高 高压水强化工艺的效率; (4)尽管以纯水作为工作介质的高压水强化工艺不会 对环境带来污染破坏，但工作过程中的噪音较大， 因此要注意降噪。
应用 高压水射流的一个作用是破碎，可用其在材料上 开槽，近十年发展到机械辅助剥除大量材料。破 碎功能也应用于机场跑道除胶、桥梁维修、煤层 开采、辅助掘进、公路破坏、大坝浇注冲毛等等。 目前，几乎在所有情况下，设备的研究己经集中 在设计好的喷嘴，以及可靠的旋转喷头和旋转接 头(它们可大大提高水射流束在物件表面上的移动 速度）。
如图所示，A380 飞机超临界外翼下翼面整体壁板长度30 余m、厚度30 余 mm，是迄今采用喷丸成形技术所获得的长度最长、厚度最大的构件，代表 了国际喷丸成形工艺技术的最新成果。
采用预应力喷丸成形的A380机翼下壁板
• 国内：我国开展喷丸成形技术研发已近40 年，历经机械控制喷丸和数控喷丸等发展 阶段，20 世纪90 年代以来迈入数控喷丸成 形时代，先后数控喷丸成形成功第三代飞 机等机翼整体壁板，以研制成功ARJ21 飞 机超临界外翼下翼面整体壁板为标志，国 内首次实现真正意义上的喷丸成形。
II.
数字化喷丸成形技术 利用数字化技术对零件进行数字化工艺几何信 息分析,对喷丸成形工艺参数进行选择和优化, 对喷丸成形过程进行模拟和控制,对成形零件的 外形进行数字化检测,对零件的喷丸成形工艺文 件和程序进行数字化管理等,从而实现以数字量 的形式描述零件及其喷丸成形全过程,并将各阶 段形成的数据统一管理起来的先进成形技术。
双面喷丸成形的优点 双面对喷成形与单面喷丸成形相比，成形 效率高，零件外形光顺，更适合单曲率薄 板零件的成形。 由于双面对喷成形提高了薄板厚度方向的 抵抗失稳能力，对开展薄板喷丸成形的数 值模拟有重要意义。
IV. 高压水喷丸成形技术
利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面,使 表层材料产生塑性变形,并形成残余压应力层的一种新技术。其基 本原理如图所示,最初的气穴(核)产生于高速区,并随着速度的降低 而逐渐变大形成气泡,这种气泡撞击到金属表面时发生破裂所产生 的冲击波使表层金属发生塑性变形,从而达到强化或成形零件的目 的。
喷丸成形的局限性
• 球面变形趋势
• 变形有限 • 限制条件苛刻 • 影响因素繁多
喷丸成形的发展
• 国外：自20世纪40年代初期,美国Lockheed航空公司的工程师 JimBoerger从喷丸强化Almen试片产生变形这一特点受到启发,从而开 创了这一对现代飞机制造产生重大影响的先进成形技术。 。伴随机床 控制技术的进步，喷丸设备由过去的机械控制喷丸机发展到后来的数 控喷丸机。此外，通过竞争兼并，已经形成高度垄断、大型、专业化、 喷丸工艺及设备兼营的跨国集团公司喷丸成形设备供应商，如美国金 属改进公司等。随着大型运输机机翼设计技术的发展，喷丸成形技术 经历了带纵筋机翼整体壁板蒙皮类零件到不带筋条机翼整体厚蒙皮类 零件和带曲筋机翼整体壁板类零件的喷丸成形等发展阶段。在成功应 用于Constellation(星座号)飞机壁板零件的生产之后，喷丸成形技术 便被广泛应EM120,A10,A6,EA6,S3A,P3,C5,C130,C141,F15,F5E,B1 等军用飞机及A310-A340、707-777、REGIONALJET、DASH 7、 DASH 8、L1011、MD11、MD80、MD90、MD95、DC10、ATR72、 Do.228、Do.328等民用飞机以及运载火箭ARIANE-4,5和ATLASII上 的整体壁板零件制造中。波音系列客机和空客系列客机的金属机翼整 体壁板喷丸成形是喷丸成形技术成功应用的典型代表。
数字化喷丸技术的应用 德国KSA公司采用自动化喷丸成形技术成 功地进行了Ariane5型火箭燃料箱整体壁板 的制造。
KSA与Baiker为Airbus公司联合研制的数控喷丸设备
• 数字化喷丸技术的发展
曾元松提出了同时喷射7 个弹丸的均布模型 Jochen Schwarzer 等提出了19 个弹丸的均匀碰撞模型 S.A.Meguid 等提出了4 弹丸的对称碰撞模型 近年来, 随着计算机硬件技术水平的提高, 已经能够模拟多 达上千个弹丸的撞击过程, 并可获得小尺寸试件的宏观变 形情况。
喷丸成形
喷丸成形
• 原理：利用高速弹丸流撞击金属板材的表 面,使受撞击的表面及其下层金属材料产生 塑性变形而延伸(如图1所示),从而逐步使板 材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所 需外形的一种成形方法。
• 分类： • 按照驱动弹丸运动的方式，喷丸成形分为叶轮式喷丸成形 和气动式喷丸成形。（两者没有本质区别） • 按照喷打方式，喷丸成形分为单面喷丸成形和双面喷丸成 形。（双面喷丸成形主要用于复杂型面构件的成形） • 根据喷丸成形时构件是否承受弹性外力，喷丸成形分为自 由状态喷丸成形和预应力喷丸成形。（预应力喷丸成形可 以获得更大的喷丸变形量和更复杂的构件外型）
ARJ21飞机机翼下中壁板零件
喷丸成形新技术
I. 预应力喷丸成形：
在对零件喷丸之前,通过特定的工装夹具对零件施加一 预定的载荷,从而使零件预先产生一定的弹性变形,然后 再对受拉表面进行喷丸成形。在相同喷丸强度和覆盖 率条件下,预应力喷丸的成形极限是自由喷丸的2～3倍, 同时预应力喷丸还可有效控制沿喷丸路线方向的附加 弯曲变形。
V.
微粒冲击技术
微粒冲击技术是由日本研究人员最先提出的，其基本原理如下：首 先用直径为几十微米、硬度高于工件的微粒以近音速 （150~200m/s）冲击工件表面，并使微粒镶嵌于工件中形成复 合表面，然后换用具有固体润滑特性的微粒或Ag、Sn和MoS2等 软质金属微粒对工件表面实施二次冲击，最终在硬质微粒复合面 的基础上生成镀膜层，该镀膜层的厚度通常能够达到数个微米。
主要问题： 要对零件施加预应力需要设计制造专门的预应力夹具, 预应力夹具设计 时要确保简单、轻便、易于操作, 并要与所采用的喷丸设备相协调。
发展趋势:
研究简单易行的预应力加载方式 采用有限元法分析和精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
数字化喷丸技术的优点： • 具有准备周期短 • 无需模具 • 加工件长度尺寸不受设备规格的限制（长 度可达35m以上） • 工艺过程稳定及再现性好 • 加工件抗疲劳寿命长和抗应力腐蚀性能强
预应力喷丸成形原理图
预应力喷丸成形具有的显著作用： （ 1）在一定程度上改变喷丸球面变形趋势、 控制喷丸变形主要方向 （ 2）提高构件喷丸工艺性 （ 3）增加构件喷丸变形量和外型复杂程度。
• 预应力喷丸成形的应用
预应力喷丸成形技术在超临界机翼整体壁板的制造中已经 获得应用，如上面所说的A380飞机超临界外翼下翼面整 体壁板以及下图所示的加拿大NMF公司采用预应力喷丸技 术为以色列Galaxy飞机制造的机翼带筋整体壁板。
III.
双面喷丸成形技术 采用不同尺寸的弹丸以不同的速度同时喷射到 零件的上、下两个表面,从而提高喷丸成形能力 和成形效率。采用该方法能达到的曲率半径可 以小至1000mm。双面喷丸成形技术对喷丸设 备的要求较高,不仅要具备同时喷射不同尺寸弹 丸的功能,而且两种尺寸弹丸的速度和流量均要 很好的匹配和控制,才能达到预强度、弹丸覆盖率和 零件厚度有关。 影响喷丸强度的因素主要有与弹丸有关的参数，包括弹丸 材料、弹丸热处理状态和弹丸直径，以及与喷丸设备有关 的参数，包括弹丸速度和喷射角度。