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喷丸成形技术:小弹丸 大改变

发布时间:2014.05.20    点击数: 188705


 

         喷丸作为一种表面强化工艺,它的历史可追溯到公元前2700年。据记载,当时的铁匠就已经认识到在冷态下经过锤子锤打的金属可以变得更加坚硬。中世纪的欧洲人在使用马拉轿车中发现,同样的板式弹簧,凡经过表面吹沙处理的,使用寿命显著提高。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。

 

        喷丸成形的基本原理是:利用高速弹丸(直径1~6mm)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,从而逐步使板材发生向受喷面凸起的双向弯曲变形(如图所示)。

 

        喷丸成形按照不同的分类方法有着不同的种类:按照喷丸区域不同,分为单面喷丸成形和双面喷丸成形;按照弹丸获得速度的驱动方式,喷丸成形分为离心式喷丸成形、气动式喷丸成形和超声喷丸成形;根据喷丸成形时是否在零件上预先施加外载荷,喷丸成形分为自由状态喷丸成形和预应力喷丸成形。

 

        喷丸成形工艺优点十分显著。首先,该工艺无需成形模具,工艺装备简单,可节省大量的模具设计与制造时间,大大缩短了生产准备周期和成本,并能够快速、灵活的应对设计更改,特别适合于尺寸大、外形相对平缓的零件。其次,需成形零件的长度不受设备大小限制(长度可达35m以上),只要厂房场地允许,可以任意加长机床导轨,适应任意长度的大型零件。再次,喷丸成形有助于延长材料疲劳寿命和耐腐蚀性能。

 

        正是基于这些优点,喷丸成形技术已广泛应用于航空航天等领域的整体壁板零件制造。美国首先在"星座号"飞机上运用喷丸成形方法制造机翼整体壁板,从20世纪50年代中期开始,喷丸成形技术成为民用军用飞机机翼、机身等壁板类零件的主要成形手段。进入20世纪80年代,超临界机翼成为飞机先进性重要标志,组成机翼的整体壁板出现了复杂马鞍形和扭转特点,而且带筋结构明显增多。对于此类零件传统喷丸成形很难满足其所需变形量,为此预应力喷丸成形技术得到重视。预应力喷丸成形是一种在成形前借助预应力夹具在板坯上施加弹性变形力,然后对其进行喷丸的成形方法。在相同条件下,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,该技术的应用进一步推动了喷丸成形技术的发展。

 

        随着信息化时代的到来,计算机技术的快速发展促进了喷丸成形技术的研发,随之出现了数字化喷丸成形技术,开创了喷丸成形技术的新纪元。数字化喷丸成形是以数字量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,比较成功的范例是德国KSA公司提出的自动化喷丸成形技术。多年来KSA与空客建立合作关系,早期为空客制造A310机身壁板,在2001年实现对A380激光焊机身壁板的喷丸成形和校形,并与Baiker公司联合为空客研制出当时世界上喷丸室最大的数控喷丸成形设备。

 

        目前,喷丸成形工艺广泛应用于大中型客机(包括当前正在运营的所有空客、波音客机系列飞机)和运输机的机翼整体壁板的成形。因此,大型机翼整体壁板喷丸成形技术是大型飞机机翼制造的核心技术之一,该技术已经被美国波音和金属改进公司及欧洲空客等少数几家公司垄断,并对其他国家实施技术封锁。随着大型飞机设计要求不断提高,喷丸成形技术经历了整体壁板从单曲率到复杂双曲率,从不带筋到带筋的应用过程,成形构件的外形和结构复杂程度日趋加大,为喷丸成形技术带来了前所未有的挑战与机遇。

 

        展望未来,喷丸成形技术的发展将呈现以下特点:首先,喷丸对象及设备大型化,如大型复杂外型整体壁板、大型整体结构等喷丸,它们需要大型喷丸设备及相应喷丸技术。其次,喷丸壁板外型结构日益复杂化,即在现有可喷丸成形构件外型、结构和形状的基础上更加复杂,要求更大的喷丸变形量。再次,喷丸过程智能化,最大限度地把人力从繁杂的喷丸工艺过程中解放出来、提高喷丸质量和效率,而现代科技发展与进步使喷丸过程智能化的逐步实现已经成为可能。最后,新型喷丸加工方法的不断涌现,其中双面喷丸成形技术、激光喷丸成形技术、超声喷丸成形技术和高压水喷丸成形技术的发展和应用得到了广泛的重视和关注。

 

        小小弹丸,改变的不仅仅是零件的形状,还在改变着现代飞机制造技术的发展。在航空航天制造快速进步的今天,喷丸成形技术发展和应用前景光明,技术经济市场广阔,在整体壁板制造中定将占领不可替代的位置。

        关于良时智能 About Liangshi InteRobot:
        上海良时智能科技股份有限公司(股票代码:837430 厚积薄发 持续创新),为全球客户提供智能制造和表面处理系统解决方案,从业30多年,是一个集研发、设计、制造、工程安装、工程咨询于一体的专业化制造及自动化智能控制系统集成公司,能为客户解决:
        Shanghai Liangshi InteRobot Technology Corporation (Stock Code: 837430 Accumulate richly and break forth vastly; innovate continuously) provides surface treatment sandblasting system solution for global customers. By engaging in this industry for more than twenty years, we're a professional manufacturing and automatic intelligent control system corporation, which integrates researching, designing, manufacturing, project installation and project consulting. We can provide our customers with:
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              We provide process system solution and process equipments of surface treatment sandblasting shot blasting, shot peening, enameling, thermal spraying, coating equipment.
        2、智能制造自动化机器人应用工艺系统解决方案和工艺装备;
              We provide professional system solution and process equipments of automation and robot technology application.
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              We provide environment protection blasting and painting equipment: process solution and equipment of VOCs waste gas, waste water, dust, noise treatment system.
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              Professionally provide the design and manufacture of pressure vessels: providing overall solutions for pressure system integration in the fields of food and dairy, biopharmaceutical, water treatment, refrigeration, petrochemical, shipbuilding and marine engineering, power and energy, paper and textile, non-ferrous metals and other fields.
        企业主导产品如下 The leading products of our company are as follows:
        主营业务:智能制造和表面处理工程系统集成的设计、研发、生产和销售。
        Main business: design, research, production and sales of surface treatment engineering system integration.
        六类主要产品:自动化涂装生产线、智能机器人喷涂系统、自动化喷抛丸生产线、智能机器人喷抛丸强化系统、自动化热喷涂系统、涂装节能环保设备。
        Six main product categories are: automatic painting production line, intelligent robot painting system, automatic shot/wheel blasting production line, intelligent robot shot peening system, automatic thermal spraying system, energy saving and environmental protection equipment for painting.
        产品主要应用于:新材料、新能源、工程机械、汽车制造、集装箱、船舶海洋工程、航空航天、港口桥梁、电子电气、环保工程、印刷造纸机械、医疗机械、纺织机械等领域。
        The products are mainly applied in: new materials, new energy, engineering machinery, automobile manufacturing, containers, marine engineering, aeronautics and astronautics, port bridges, electronic and electrical, environmental protection engineering, printing and papermaking machinery, medical machinery, textile machinery and so on.
        公司生产的表面工程系统集成具备智能、自动化的特点,可实现工业生产过程自动化控制,因而属于自动化装备。根据《高端装备制造业“十二五”规划》中对高端装备的定义“主要包括传统产业转型升级和战略性新兴产业发展所需的高技术高附加值装备”,公司产品属于高端装备,是为国民经济其他行业提供技术装备的战略性产业。
        The surface engineering system of our company integrates the characteristics of intelligence and automation, it can realize the automatic control of industrial production process, so it belongs to automatic equipment. According to the definition of premium-end equipment of 《The 125th programme of premium-end equipment manufacturing industry》, “it mainly includes the high technology and high value-added equipment required by traditional industrial transformation upgrading and the development of strategic new-emerging industries”. The company's products belong to the premium-end equipment, which is a strategic industry that provides technical equipment for the other industries of the national economy.
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