數(shù)控噴丸成形高筋整體壁板模擬件

ARJ21飛機(jī)外翼下翼面整體壁板

        2008年11月28日，在上海大場機(jī)場，首架具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)ARJ21噴氣式客機(jī)伴隨著巨大的轟鳴聲于12時23分沖天而起，翱翔藍(lán)天一小時之后返回，于13時24分平穩(wěn)降落機(jī)場。這標(biāo)志著國產(chǎn)ARJ21飛機(jī)首飛成功，標(biāo)志著中國已經(jīng)具備先進(jìn)客機(jī)制造實(shí)力。.

        大家可曾知道：ARJ21飛機(jī)研制成功絲毫離不開尺寸大小不足4毫米甚至更小的小小丸粒，ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼壁板復(fù)雜氣動外型面研制成功更離不開這些小小的丸粒。毫不夸張地講，小小丸粒成就了ARJ21飛機(jī)，小小丸粒成就了中國民機(jī)產(chǎn)業(yè)。

丸粒雖小，效果神奇。丸粒選用砂子，可用于清理鑄件吹砂、鍛件除氧化皮、鋼鐵制品除銹以及表面修飾等；令人稱奇的是丸粒也可以選用面粉，用于清理飛機(jī)油漆涂層等。丸粒選用玻璃丸，主要用于噴丸強(qiáng)化，通過在金屬構(gòu)件表面100%飽和噴丸而形成均勻分布的壓應(yīng)力層，提高其抗疲勞和耐腐蝕性能。丸粒選用鋼鐵丸或陶瓷丸，主要用于噴丸強(qiáng)化和噴丸成形。其中，噴丸成形是指利用高速彈丸有選擇地、逐步地撞擊金屬構(gòu)件表面而最終使其獲得所需外型。ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板就是采用噴丸成形技術(shù)獲得復(fù)雜氣動外型的。

        噴丸成形由噴丸強(qiáng)化發(fā)展而來。上世紀(jì)50年代初期噴丸成形技術(shù)被首次應(yīng)用于Constellation飛機(jī)機(jī)翼壁板噴丸成形。噴丸成形由于具有無需成形模具、準(zhǔn)備周期短、場地占用少、設(shè)備適用性廣及加工成本低，而且經(jīng)過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，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)整體壁板的成形，如20世紀(jì)60年代末以來的波音747、本世紀(jì)初期至今的空客A380等。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。

        國內(nèi)噴丸成形技術(shù)研究起步較晚，始于20世紀(jì)60年代末期。中航工業(yè)北京航空制造工程研究所（以下簡稱"制造所"）是國內(nèi)唯一從事壁板噴丸成形技術(shù)研究的科研單位。萬事開頭難，技術(shù)資料的極其匱乏使當(dāng)時開展噴丸成形技術(shù)研究困難重重。制造所積極探索噴丸成形工藝，由摸索噴丸變形規(guī)律、落實(shí)彈丸供給、開發(fā)噴丸設(shè)施以及初步應(yīng)用研究，到自主研制電氣控制噴丸機(jī)并配套相關(guān)主機(jī)廠，分別應(yīng)用于殲6、殲7、殲8、運(yùn)7、轟6等飛機(jī)機(jī)翼機(jī)身壁板的噴丸成形；至20世紀(jì)80年代末期，制造所基本掌握了針對直紋翼型機(jī)翼整體壁板以噴丸成形為主的、以機(jī)械校形和榔頭敲擊為輔的噴丸成形工藝，建立了飛機(jī)壁板噴丸成形技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編寫完成相關(guān)工程手冊，基本構(gòu)建完成噴丸成形技術(shù)體系及其設(shè)備配套。總體而言，這一時期噴丸成形技術(shù)研究成效顯著，基本滿足了上述二代機(jī)機(jī)翼整體壁板的噴丸成形需要，為日后深入開展研究工作奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。但是，由于受客觀條件限制、壁板外型及其技術(shù)要求低、技術(shù)自身發(fā)展規(guī)律制約等因素影響，機(jī)翼壁板噴丸成形尚無法擺脫機(jī)械校形和榔頭敲擊，因此國內(nèi)這一時期的機(jī)翼壁板噴丸成形尚不屬于真正意義上的（純）噴丸成形。

        20世紀(jì)90年代初，國內(nèi)噴丸成形技術(shù)研究迎來第二個高潮。制造所作為型號攻關(guān)項(xiàng)目技術(shù)顧問和參研單位，面對噴丸成形專業(yè)技術(shù)人才匱乏、僅有的少數(shù)專業(yè)人員知識老化、與國外數(shù)控噴丸工藝及設(shè)備存在代差等嚴(yán)峻問題，精心選型并引進(jìn)國內(nèi)首臺數(shù)控噴（拋）丸機(jī)，到20世紀(jì)90年代中期，掌握了機(jī)翼6米級整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)，使國內(nèi)噴丸成形技術(shù)跨入數(shù)控時代。同期，制造所自主研制成功國內(nèi)首臺數(shù)控噴（拋）丸機(jī)。相關(guān)工藝和設(shè)備研究成果分別榮獲部級科技成果獎。

        20世紀(jì)90年代中期，制造所利用自主研制的技術(shù)數(shù)控噴丸機(jī)，系統(tǒng)研究數(shù)控噴丸成形基本規(guī)律，重點(diǎn)開發(fā)預(yù)應(yīng)力噴（拋）噴丸成形技術(shù)。針對亞歐快車AE100飛機(jī)研制需求，在國內(nèi)首次探索研究超臨界機(jī)翼整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)，最終形成具有珍貴價值的超臨界機(jī)翼整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)思想。此外，AE100飛機(jī)開創(chuàng)了國內(nèi)超臨界機(jī)翼及其整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)研究新紀(jì)元。

        本世紀(jì)初，屢挫屢戰(zhàn)的國內(nèi)民機(jī)產(chǎn)業(yè)誓死一搏，決心自主研制ARJ21噴氣式支線飛機(jī)。制造所作為項(xiàng)目組長和參研單位，開展ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)研究。與過去直紋或以直紋為主的機(jī)翼整體壁板沿等百分線逐窄條噴丸成形截然不同，超臨界機(jī)翼整體壁板沒有等百分線而且外型不但弦向彎曲且展向彎折并扭轉(zhuǎn)，其噴丸成形困難之大無異于老虎吃天。最終，制造所打破國外技術(shù)壟斷和封鎖，攻克了ARJ21超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)，使中國成為世界上第三個掌握超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)的國家，掌握了民機(jī)研制和生產(chǎn)的重大、關(guān)鍵及核心技術(shù)，研究成果榮獲國家科技進(jìn)步二等獎。至此，我國徹底擺脫了對機(jī)械校形和榔頭敲擊的嚴(yán)重依賴，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的噴丸成形，國產(chǎn)飛機(jī)6~9萬飛行小時壽命不再是奢望。這些研究成果奠定了國內(nèi)民機(jī)研制、生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在國內(nèi)民機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上留下了濃墨重彩的一筆。

        近年來，依然不能制造大型飛機(jī)的殘酷現(xiàn)實(shí)與日益雄厚的國家實(shí)力極不相稱，國家大飛機(jī)發(fā)展規(guī)劃被不失時機(jī)地推出。減重是飛機(jī)一貫的追求目標(biāo)，帶筋特別是高筋整體壁板具有優(yōu)異的減重效果、結(jié)構(gòu)效率及密封效果，一直為國內(nèi)外大飛機(jī)所青睞。但是隨著筋條高度增加，帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)難度急劇增大。然而，當(dāng)時在國內(nèi)帶筋整體壁板噴丸成形被認(rèn)為是禁區(qū)，不具備帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)能力，更別說高筋整體壁板噴丸成形。為此，制造所針對筋高創(chuàng)造國際紀(jì)錄的大型復(fù)雜帶筋整體壁板噴丸成形這一世界性難題，開展大型復(fù)雜帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)研究，最終突破了過去的一個個噴丸成形禁區(qū)和堡壘，攻克了大型復(fù)雜帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)難題，執(zhí)國際帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)之牛耳，為國產(chǎn)大飛機(jī)研制奠定了堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

        未來，一個前途無限的中國需要一個無比強(qiáng)大的航空工業(yè)，一個強(qiáng)盛的航空工業(yè)將為噴丸成形技術(shù)提供廣闊而美好的發(fā)展空間，小小丸粒將繼續(xù)創(chuàng)造一個又一個神奇。