一、簡(jiǎn)介
       隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，作為一種重要的表面強(qiáng)化和加工方法，噴丸技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。本專題主要從概念、原理、應(yīng)用等方面對(duì)噴丸技術(shù)進(jìn)行講述。
       首先，什么是噴丸？噴丸是一種將高速?gòu)椡枇鲊娚涞浇饘俦砻鎭?lái)提高零件壽命的表面強(qiáng)化工藝。它的歷史可以追溯到公元前2700年。據(jù)記載，當(dāng)時(shí)的鐵匠和鑄劍師們就發(fā)現(xiàn)，采用錘子捶打金屬的表面，能夠使它們更堅(jiān)固以防折斷。
       真是佩服古人的智慧啊，所以也可以說(shuō)噴丸是起源于錘子打鐵。
       到中世紀(jì)時(shí)，歐洲人在使用馬拉轎車(chē)時(shí)，認(rèn)識(shí)到凡是經(jīng)過(guò)表面吹沙處理的板式彈簧，使用壽命會(huì)更高一些。20世紀(jì)初，人們開(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。
       經(jīng)過(guò)20世紀(jì)40年代大批研究者的努力，大家對(duì)噴丸工藝的認(rèn)識(shí)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)。
       因此，需要注意的是，噴丸技術(shù)包括噴丸強(qiáng)化和噴丸成形，這是兩個(gè)不同的概念，噴丸成形是由噴丸強(qiáng)化演變而來(lái)的。
       二、原理
       對(duì)噴丸的概念和起源有了大概了解，下面來(lái)看一下噴丸強(qiáng)化的內(nèi)在機(jī)理是怎樣的呢？怎么就那么厲害，錘擊一下，就能讓金屬零件變得更“強(qiáng)壯”？看看下面這個(gè)示意圖，你就懂了。
       當(dāng)一個(gè)圓球體高速轟擊金屬表面時(shí)，會(huì)使表層發(fā)生塑性變形，而形成一定厚度的強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余應(yīng)力，提高金屬的疲勞強(qiáng)度。
       將若干特定數(shù)量特定尺寸的小球以一定速度向金屬表面進(jìn)行噴射時(shí)，凹陷部分不斷重疊，就會(huì)在金屬表面形成平滑的強(qiáng)化層。        影響噴丸表面質(zhì)量的因素主要有：噴丸尺寸和形狀噴丸速度、組件表面硬度、噴丸持續(xù)時(shí)間、噴嘴和表面距離。下圖展示了不同尺寸和形態(tài)的噴丸對(duì)零件表面的影響。
       三、噴丸加工效果測(cè)量工具
       1.Almen試片
       Almen試片是一個(gè)非常重要的工具，對(duì)于噴丸技術(shù)產(chǎn)生的效果，可以采用Almen試片來(lái)進(jìn)行測(cè)量。Almen試片是一種硬而平的試片，分為N,A,C三種，如圖所示，Almen試片被四個(gè)螺釘定在一個(gè)金屬平臺(tái)設(shè)備上，被一束均勻控制的粒子流轟擊一段特定時(shí)間，然而測(cè)量試片的彎曲度即代表了壓應(yīng)力大小。
       2.飽和曲線
       飽和曲線顯示了Almen試片彎曲度和沖擊時(shí)間的關(guān)系。飽和曲線是通過(guò)對(duì)Almen 試片給予不同時(shí)間的沖擊而產(chǎn)生的。通過(guò)彎曲度根據(jù)時(shí)間繪制時(shí)，噴丸流的密度可以由在沖擊時(shí)間是雙重點(diǎn)的最優(yōu)擬合線來(lái)決定，在該點(diǎn)上彎曲度有10%的增加。
       四、噴丸過(guò)程數(shù)值分析方法
       噴丸成形過(guò)程機(jī)理還沒(méi)有被完全理解，因此它的應(yīng)用通常依賴于經(jīng)驗(yàn)和技巧，精確數(shù)值工具能夠降低開(kāi)發(fā)成本，上圖為噴丸加工的有限元模擬和噴丸成形過(guò)程（AA2024-T351鋁合金）。
       五、超聲波噴丸技術(shù)
       超聲波噴丸技術(shù)是指利用超聲波轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械振動(dòng)沖擊載荷作用于金屬材料表面，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化或者成形金屬零件的目的。超聲波噴丸技術(shù)不僅可以克服傳統(tǒng)噴丸的不足，而且強(qiáng)化效果優(yōu)于傳統(tǒng)噴丸技術(shù)。
       六、應(yīng)用
       噴丸技術(shù)是個(gè)“多面手”，在多個(gè)領(lǐng)域都有其用武之地。從大飛機(jī)制造，到汽車(chē)，還有海洋設(shè)備、乃至輪胎，醫(yī)療設(shè)備、體育器械都能看到噴丸加工技術(shù)的身影。
       在航空制造領(lǐng)域，噴丸強(qiáng)化技術(shù)加工的零部件主要有，渦輪圓盤(pán)、壓縮機(jī)翼面和底部、航空器輪子、起落架、吊環(huán)和小齒輪、機(jī)軸、線圈和葉片彈簧等等。
       下面展示了采用噴丸技術(shù)加工的一些零部件。
       另外，噴丸成形一直是飛機(jī)機(jī)翼整體壁板首選甚至是唯一的成形手段。噴丸成形由于具有無(wú)需成形模具、準(zhǔn)備周期短、場(chǎng)地占用少、設(shè)備適用性廣及加工成本低，而且經(jīng)過(guò)后序飽和噴丸可以明顯提高構(gòu)件疲勞壽命和耐腐蝕性能等顯著優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)整體壁板的成形。
       上圖中展示了ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼壁板復(fù)雜氣動(dòng)外型面。ARK21是首家具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)ARJ21噴氣式客機(jī)，該飛機(jī)超臨界機(jī)翼壁板的研制成功離不開(kāi)噴丸成形技術(shù)。可以說(shuō)，小小丸粒不僅成就了ARJ21飛機(jī)，也成就了中國(guó)民機(jī)產(chǎn)業(yè)。
       七、噴丸設(shè)備
       八、知名公司
       1.德國(guó)KSA公司
       德國(guó)KSA公司是一家致力于開(kāi)發(fā)自動(dòng)噴丸成形設(shè)備的公司，其開(kāi)發(fā)的自動(dòng)噴丸成形設(shè)備可以完美適用于對(duì)航空器部件的批量加工。在過(guò)去幾十年里，德國(guó)KSA公司生產(chǎn)了數(shù)以千計(jì)的航空器部件以滿足航空制造需求。快速、精準(zhǔn)、可靠、經(jīng)濟(jì)，德國(guó)KSA公司已成為噴丸技術(shù)領(lǐng)域的引導(dǎo)者。
       多年來(lái)KSA與空客建立合作關(guān)系，早期為空客制造A310機(jī)身壁板，在2001年實(shí)現(xiàn)對(duì)A380激光焊機(jī)身壁板的噴丸成形和校形，并與Baiker公司聯(lián)合為空客研制出當(dāng)時(shí)世界上噴丸室最大的數(shù)控噴丸成形設(shè)備。
       數(shù)字化噴丸成形是以數(shù)字量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)，比較成功的范例即是德國(guó)KSA公司提出的自動(dòng)化噴丸成形技術(shù)。
       2.Straaltechniek國(guó)際公司
       Straaltechniek國(guó)際公司是全球少數(shù)幾個(gè)同事設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自動(dòng)化噴丸以及高端噴砂設(shè)備的公司。Straaltechniek國(guó)際公司在個(gè)性化量身訂做和定向配置機(jī)器方面非常靈活，并且盡最大可能滿足消費(fèi)者的需求。公司可以在全球范圍內(nèi)提供噴丸加工設(shè)備，并建立了完整的銷(xiāo)售和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。Straaltechniek國(guó)際公司主要專注于航空航天工程行業(yè)，主要目標(biāo)是發(fā)掘高端金屬制造行業(yè)的潛在客戶。
       其他知名公司還有日本TOYO SEIKO公司、Metallizing Equipment公司、SOCIETATEA COMERCIALA公司等等。
       九、展望
       對(duì)于噴丸成形技術(shù)，其發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
       1.噴丸成形對(duì)象和大型化，需要更大型噴丸成形設(shè)備及相應(yīng)噴丸成形技術(shù)
       2.噴丸成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，要求更大的噴丸變形量
       3.噴丸過(guò)程智能化，最大限度地把人力從繁雜的噴丸工藝過(guò)程中解放出來(lái)、提高噴丸質(zhì)量和效率，而現(xiàn)代科技發(fā)展與進(jìn)步使噴丸過(guò)程智能化的逐步實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。