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丸粒虽小,效果神奇。丸粒选用砂子,可用于清理铸件吹砂、锻件除氧化皮、钢铁制品除锈以及表面修饰等;令人称奇的是丸粒也可以选用面粉,用于清理飞机油漆涂层等。丸粒选用玻璃丸,主要用于喷丸强化,通过在金属构件表面100%饱和喷丸而形成均匀分布的压应力层,提高其抗疲劳和耐腐蚀性能。丸粒选用钢铁丸或陶瓷丸,主要用于喷丸强化和喷丸成形。其中,喷丸成形是指利用高速弹丸有选择地、逐步地撞击金属构件表面而最终使其获得所需外型。ARJ21飞机超临界机翼整体壁板就是采用喷丸成形技术获得复杂气动外型的。

喷丸成形由喷丸强化发展而来。上世纪50年代初期喷丸成形技术被首次应用于Constellation飞机机翼壁板喷丸成形。喷丸成形由于具有无需成形模具、准备周期短、场地占用少、设备适用性广及加工成本低,而且经过后序饱和喷丸可以明显提高构件疲劳寿命和耐腐蚀性能等显著优势,被广泛应用于飞机整体壁板的成形,如20世纪60年代末以来的波音747、本世纪初期至今的空客A380等。喷丸成形一直是飞机机翼整体壁板首选甚至是唯一的成形手段。

国内喷丸成形技术研究起步较晚,始于20世纪60年代末期。中航工业北京航空制造工程研究所(以下简称“制造所”)是国内唯一从事壁板喷丸成形技术研究的科研单位。万事开头难,技术资料的极其匮乏使当时开展喷丸成形技术研究困难重重。制造所积极探索喷丸成形工艺,由摸索喷丸变形规律、落实弹丸供给、开发喷丸设施以及初步应用研究,到自主研制电气控制喷丸机并配套相关主机厂,分别应用于歼6、歼7、歼8、运7、轰6等飞机机翼机身壁板的喷丸成形;至20世纪80年代末期,制造所基本掌握了针对直纹翼型机翼整体壁板以喷丸成形为主的、以机械校形和榔头敲击为辅的喷丸成形工艺,建立了飞机壁板喷丸成形技术标准,编写完成相关工程手册,基本构建完成喷丸成形技术体系及其设备配套。总体而言,这一时期喷丸成形技术研究成效显著,基本满足了上述二代机机翼整体壁板的喷丸成形需要,为日后深入开展研究工作奠定了一定的技术基础。但是,由于受客观条件限制、壁板外型及其技术要求低、技术自身发展规律制约等因素影响,机翼壁板喷丸成形尚无法摆脱机械校形和榔头敲击,因此国内这一时期的机翼壁板喷丸成形尚不属于真正意义上的(纯)喷丸成形。

20世纪90年代初,国内喷丸成形技术研究迎来第二个高潮。制造所作为型号攻关项目技术顾问和参研单位,面对喷丸成形专业技术人才匮乏、仅有的少数专业人员知识老化、与国外数控喷丸工艺及设备存在代差等严峻问题,精心选型并引进国内首台数控喷(抛)丸机,到20世纪90年代中期,掌握了机翼6米级整体壁板喷(抛)丸成形技术,使国内喷丸成形技术跨入数控时代。同期,制造所自主研制成功国内首台数控喷(抛)丸机。相关工艺和设备研究成果分别荣获部级科技成果奖。

20世纪90年代中期,制造所利用自主研制的技术数控喷丸机,系统研究数控喷丸成形基本规律,重点开发预应力喷(抛)喷丸成形技术。针对亚欧快车AE100飞机研制需求,在国内首次探索研究超临界机翼整体壁板喷(抛)丸成形技术,最终形成具有珍贵价值的超临界机翼整体壁板喷(抛)丸成形技术思想。此外,AE100飞机开创了国内超临界机翼及其整体壁板喷(抛)丸成形技术研究新纪元。

本世纪初,屡挫屡战的国内民机产业誓死一搏,决心自主研制ARJ21喷气式支线飞机。制造所作为项目组长和参研单位,开展ARJ21飞机超临界机翼整体壁板喷丸成形技术研究。与过去直纹或以直纹为主的机翼整体壁板沿等百分线逐窄条喷丸成形截然不同,超临界机翼整体壁板没有等百分线而且外型不但弦向弯曲且展向弯折并扭转,其喷丸成形困难之大无异于老虎吃天。最终,制造所打破国外技术垄断和封锁,攻克了ARJ21超临界机翼整体壁板喷丸成形技术,使中国成为世界上第三个掌握超临界机翼整体壁板喷丸成形技术的国家,掌握了民机研制和生产的重大、关键及核心技术,研究成果荣获国家科技进步二等奖。至此,我国彻底摆脱了对机械校形和榔头敲击的严重依赖,实现了真正意义上的喷丸成形,国产飞机6~9万飞行小时寿命不再是奢望。这些研究成果奠定了国内民机研制、生产及产业发展的坚实基础,在国内民机产业发展史上留下了浓墨重彩的一笔。

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近年来,依然不能制造大型飞机的残酷现实与日益雄厚的国家实力极不相称,国家大飞机发展规划被不失时机地推出。减重是飞机一贯的追求目标,带筋特别是高筋整体壁板具有优异的减重效果、结构效率及密封效果,一直为国内外大飞机所青睐。但是随着筋条高度增加,带筋整体壁板喷丸成形技术难度急剧增大。然而,当时在国内带筋整体壁板喷丸成形被认为是禁区,不具备带筋整体壁板喷丸成形技术能力,更别说高筋整体壁板喷丸成形。为此,制造所针对筋高创造国际纪录的大型复杂带筋整体壁板喷丸成形这一世界性难题,开展大型复杂带筋整体壁板喷丸成形技术研究,最终突破了过去的一个个喷丸成形禁区和堡垒,攻克了大型复杂带筋整体壁板喷丸成形技术难题,执国际带筋整体壁板喷丸成形技术之牛耳,为国产大飞机研制奠定了坚实可靠的技术基础。

未来,一个前途无限的中国需要一个无比强大的航空工业,一个强盛的航空工业将为喷丸成形技术提供广阔而美好的发展空间,小小丸粒将继续创造一个又一个神奇。

慧聪表面处理网讯:中国上海,2014年10月;国内领先的数控精细喷丸机系统供应商上海良时为国内某知名汽车制造商提供一套乘用车齿轮数控强力喷丸机,该套变速箱齿轮/发动机齿轮CNC强力喷丸机系统主要由高耐磨喷丸强化室体,双仓连续式弹丸发生器,回转式工件运载装置,多轴机械臂式喷枪自动进给装置,水平刮板回收+垂直斗式提升机式丸料回收系统,振动分选式多级分选系统,湿式文丘里除尘系统及CNC数控电气系统等组成。目前,该套齿轮CNC强力喷丸机系统设备顺利通过汽车厂家验收合格,现已投入稳定高效运行。

大家知道,汽车齿轮是由轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆所组成。按其外形分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮;按齿线外形分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮;按轮齿所在的外表分为外齿轮、内齿轮;按制造办法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。齿轮的制造资料和热处置过程对齿轮的承载才能和尺寸重量有很大的影响,不仅要求成本低,并能够在高的交变负载下保持良好性能。为满足这特殊要求自然要有特殊的工艺来达成,上海良时集团的数控喷丸设备中的齿轮强力喷丸机就是其中的一种,它的表面处理功能能够改善零件的性能,借助保护表面免遭运行时循环负载的损坏。数控喷丸设备中的齿轮强力喷丸机主要是用来提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法,是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。利用高速运动的弹丸流(强力喷丸机提供)对金属表面的冲击而使表面产生塑性循环应变层,由此导致该层的显微组织发生位错,并出现亚晶界和晶粒细化现象,使表面植入残余压应力场,表层的显微组织和残余应力是提高金属零件的疲劳断裂和应力腐蚀断裂抗力的两个强化因素,其结果使零件的可靠性和耐久性获得提高。

现代社会,汽车已成为人们必不可少的交通工具。中国自改革开放以来,人们对汽车的需求与日俱增,汽车已然从过去的奢侈品变成了现在人们的必需品,就连女孩嫁人都首先要问家中有无汽车,从这点上就能看出汽车对现代人生活的影响。而齿轮则是汽车零件中不可或缺的重要部分,可以说没有齿轮就没有汽车的诞生。因为汽车发动机和变速箱就是由各种齿轮组成的,如普通汽车上分别有时规齿轮、渐开线齿、斜齿齿轮等。还有一种直齿齿轮,其平顺性虽差,但是也因为以一条齿宽的啮合线瞬时啮合,动力传播更为直接,适宜赛车改装。但这些汽车齿轮其能力无论多大,如无针对齿轮特殊要求的设备辅助,也就无法实现上述齿轮对汽车的重要性。上海良时集团的齿轮强力喷丸机运用强力喷丸工艺提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法,是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。随着应用范围的推广,强力喷丸工艺提高齿轮疲劳强度和寿命的能力已被很多企业所证实。

上海良时集团创建于1993年,是专业从事表面处理与涂装设备的研究、设计、制造及商贸为一体的科技型实体企业;主导产品为:自动喷砂机、数控强力喷丸机、热喷涂机、自动喷涂机、喷砂喷涂机器人、喷丸喷漆室、喷砂房、喷漆房、船舶分段喷砂涂装房,钢板抛丸预处理线、喷砂喷丸生产线、喷涂(喷漆/喷粉/涂搪/金属热喷涂)生产线等。

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