2005年4月27日，載客量最多（可達(dá)800余人）的空客A380飛機(jī)一飛沖天首飛成功，人類民航客機(jī)歷史上新一代空中巨無霸橫空出世，至此自1969年2月9日以來，雄踞該寶座30余年的波音747 飛機(jī)，只能退居第二。無論空客A380還是波音747，在9萬飛行小時壽命周期內(nèi)安全可靠地飛行，必須借助一對巨大機(jī)翼產(chǎn)生足夠的升力。機(jī)翼是飛機(jī)制造中最復(fù)雜、最困難、最關(guān)鍵的部件，機(jī)翼上最重要的零件之一是與飛機(jī)外翼幾乎等長的機(jī)翼整體壁板。飛機(jī)機(jī)翼整體壁板，是一種能夠有效提高飛機(jī)性能的重要承力構(gòu)件，是衡量飛機(jī)先進(jìn)程度的一個重要標(biāo)志。30余年來，波音747 和空客A380飛機(jī)的大型機(jī)翼整體壁板成形不約而同地先后選用了噴丸成形工藝。 

噴丸成形 

噴丸成形是一種借助高速彈丸（鋼丸）流撞擊金屬構(gòu)件表面，使構(gòu)件產(chǎn)生變形的金屬成形方法，噴丸成形是一種無模成形工藝，是大中型飛機(jī)金屬機(jī)翼整體壁板首選的成形方法，其原理如圖1所示。

按照驅(qū)動彈丸運(yùn)動的方式，噴丸成形分為葉輪式噴丸成形和氣動式噴丸成形，兩者沒有本質(zhì)區(qū)別；按照噴打方式，噴丸成形分為單面噴丸成形（見圖2）和雙面噴丸成形（見圖3），雙面噴丸成形主要用于復(fù)雜型面構(gòu)件的成形；根據(jù)噴丸成形時構(gòu)件是否承受彈性外力，噴丸成形分為自由狀態(tài)噴丸成形（見圖4）和預(yù)應(yīng)力噴丸成形（見圖5），預(yù)應(yīng)力噴丸成形可以獲得更大的噴丸變形量和更復(fù)雜的構(gòu)件外型。

噴丸成形工藝優(yōu)點(diǎn)顯著：成本低——無需成形模具、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短、場地占用少、零件尺寸不受設(shè)備噴丸室大小限制等；品質(zhì)高——具有疲延長制件疲勞壽命、提高制件抗耐腐蝕性能的潛質(zhì)等。自20世紀(jì)中葉以來，噴丸成形工藝被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)尤其是運(yùn)輸機(jī)金屬機(jī)翼整體壁板的成形，包括當(dāng)前正在營運(yùn)的所有空客客機(jī)系列飛機(jī)、波音客機(jī)系列飛機(jī)、龐巴迪客機(jī)等。目前，國內(nèi)飛豹、梟龍、殲10、ARJ21等飛機(jī)機(jī)翼整體壁板也采用了噴丸成形工藝。因此，噴丸成形技術(shù)是大中型運(yùn)輸機(jī)金屬機(jī)翼制造領(lǐng)域不可或缺的重大關(guān)鍵技術(shù)之一。 

不過，噴丸成形也具有明顯的局限性，如球面變形趨勢、變形有限、限制條件苛刻、影響因素繁多等。然而，噴丸成形優(yōu)異的特點(diǎn)使人們不斷尋求突破其局限性的新途徑和新方法，不斷挖掘噴丸成形技術(shù)內(nèi)在潛力，持續(xù)滿足以大中型客機(jī)復(fù)雜金屬機(jī)翼整體壁板為代表、要求不斷提高的構(gòu)件成形與特殊使用性能要求。 

在國外，自20世紀(jì)50年代初期將噴丸工藝應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼壁板成形以來至20世紀(jì)50年代末，噴丸工藝已被西方航空工業(yè)大國廣泛應(yīng)用，目前大型機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)已經(jīng)被美國金屬改進(jìn)公司和美國波音公司等少數(shù)幾家公司壟斷。伴隨機(jī)床控制技術(shù)的進(jìn)步，噴丸設(shè)備由過去的機(jī)械控制噴丸機(jī)發(fā)展到后來的數(shù)控噴丸機(jī)。此外，通過競爭兼并，已經(jīng)形成高度壟斷、大型、專業(yè)化、噴丸工藝及設(shè)備兼營的跨國集團(tuán)公司噴丸成形設(shè)備供應(yīng)商，如美國金屬改進(jìn)公司等。隨著大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，噴丸成形技術(shù)經(jīng)歷了帶縱筋機(jī)翼整體壁板蒙皮類零件到不帶筋條機(jī)翼整體厚蒙皮類零件和帶曲筋機(jī)翼整體壁板類零件的噴丸成形等發(fā)展階段。波音系列客機(jī)和空客系列客機(jī)的金屬機(jī)翼整體壁板噴丸成形是噴丸成形技術(shù)成功應(yīng)用的典型代表。 

如圖6所示，A380飛機(jī)超臨界外翼下翼面整體壁板長度30余m、厚度30余mm，是迄今采用噴丸成形技術(shù)所獲得的長度最長、厚度最大的構(gòu)件，代表了國際噴丸成形工藝技術(shù)的最新成果。

在國內(nèi)，開展噴丸成形技術(shù)研發(fā)已近40年，歷經(jīng)機(jī)械控制噴丸和數(shù)控噴丸等發(fā)展階段，20世紀(jì)90 年代以來邁入數(shù)控噴丸成形時代，先后數(shù)控噴丸成形成功第三代飛機(jī)等機(jī)翼整體壁板，以研制成功ARJ21飛機(jī)超臨界外翼下翼面整體壁板（見圖7）為標(biāo)志，國內(nèi)首次實現(xiàn)真正意義上的噴丸成形。

ARJ21支線飛機(jī)超臨界外翼下翼面整體壁板長度10余m、厚度10余mm，是國內(nèi)采用噴丸成形工藝技術(shù)所獲得的長度最長、厚度最大、外型最復(fù)雜的構(gòu)件，被公認(rèn)為國內(nèi)噴丸成形技術(shù)最高成就。 

長期以來，國內(nèi)外噴丸成形技術(shù)研發(fā)十分活躍，新手段新方法相繼出現(xiàn)，如以增大變形量為目的的不同大小彈丸同時雙面噴丸方法、以控制噴丸區(qū)域和變形為目的的超聲噴丸、以增加殘余壓應(yīng)力層深度與殘余應(yīng)力大小為目的的激光沖擊噴丸、以開辟噴丸成形新途徑為目的的高壓水噴丸、以顯著提高材料利用率為目的的激光焊接與摩擦焊接帶筋整體壁板噴丸成形等。 

預(yù)應(yīng)力噴丸成形 

預(yù)應(yīng)力噴丸成形，是指在噴丸成形前，借助預(yù)應(yīng)力夾具等，預(yù)先在板坯上施加變形力，形成彈性應(yīng)變，然后對其進(jìn)行成形的一種噴丸成形方法。在以直紋外型面為主的厚蒙皮與整體壁板逐漸淡出，而具有復(fù)雜雙曲外型面的厚蒙皮與無筋或帶筋整體壁板逐步成為應(yīng)用主流的情況下，預(yù)應(yīng)力在噴丸成形中的作用日益突出。 

預(yù)應(yīng)力噴丸成形具有3個顯著作用：（1）在一定程度上改變噴丸球面變形趨勢、控制噴丸變形主要方向；（2）提高構(gòu)件噴丸工藝性；（3）增加構(gòu)件噴丸變形量和外型復(fù)雜程度。國內(nèi)認(rèn)識和應(yīng)用預(yù)應(yīng)力噴丸的歷史幾乎與噴丸成形技術(shù)的歷史一樣長，但是至20世紀(jì)后期，由于預(yù)應(yīng)力噴丸成形受應(yīng)用對象及效果的影響，未受到應(yīng)有的重視。 

20世紀(jì)90年代中后期，預(yù)應(yīng)力在國內(nèi)逐漸受到重視，將其作為影響噴丸成形的重要因素之一加以研究。由此，揭示了簡單預(yù)應(yīng)力噴丸變形的規(guī)律，闡明了預(yù)應(yīng)力噴丸變形的3種形變現(xiàn)象，提出了精密預(yù)應(yīng)力噴丸成形的概念和依據(jù)。針對噴丸成形基本問題、典型問題及亞歐快車AE100飛機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形問題等，開展了一系列預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)專題研究，最終有效地解決了過去國內(nèi)乃至國際上一直懸而未決的技術(shù)難題，形成多項專有技術(shù)，豐富了預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)內(nèi)涵，推進(jìn)了預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，奠定了包括超臨界機(jī)翼整體壁板在內(nèi)的大型復(fù)雜構(gòu)件預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)基礎(chǔ)。 

進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨著承載中華民族民機(jī)夢想，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的ARJ21先進(jìn)支線飛機(jī)的正式立項研制，國內(nèi)真正迎來了超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形時代。ARJ21飛機(jī)在國內(nèi)首次采用超臨界機(jī)翼，該機(jī)翼是ARJ21飛機(jī)最大的亮點(diǎn)和先進(jìn)性標(biāo)志。機(jī)翼整體壁板長度和厚度尺寸之大、結(jié)構(gòu)和外型之復(fù)雜均創(chuàng)造了當(dāng)時國內(nèi)之最，其噴丸成形面臨一系列跨時代技術(shù)難題、成為ARJ21飛機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。在國內(nèi)，僅僅能夠承擔(dān)制造ARJ21飛機(jī)機(jī)體，而配套發(fā)動機(jī)等主要系統(tǒng)幾乎全部由國外制造商成套提供。在這種背景下，該機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)能否成功突破，攸關(guān)ARJ21飛機(jī)研制的成敗。 

不負(fù)時代，不辱使命。幾乎與空客A380飛機(jī)外翼下翼面整體壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形同步，國內(nèi)成功實現(xiàn)了超臨界機(jī)翼整體壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的一系列重大突破，形成多項專有技術(shù)和ARJ21飛機(jī)超臨界機(jī)翼整體壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形批產(chǎn)能力。中國因此成為世界上少數(shù)幾個掌握大型超臨界機(jī)翼整體壁板數(shù)控預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的國家，技術(shù)水平達(dá)到同類技術(shù)的世界先進(jìn)水平。 

國際競爭無止境，技術(shù)進(jìn)步無終期。近年來，復(fù)雜外型曲筋整體壁板逐漸成為國內(nèi)數(shù)控預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)研究熱點(diǎn)之一，目前已經(jīng)在該領(lǐng)域獲得了國際前沿的關(guān)鍵技術(shù)突破。由于預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，今后其重要性必將更加突出。 

發(fā)展趨勢 

大中型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼整體壁板是噴丸成形主要對象之一。隨著復(fù)合材料機(jī)翼飛機(jī)——波音787夢幻飛機(jī)2009年的成功首飛，規(guī)格相當(dāng)?shù)牧硪豢顝?fù)合材料機(jī)翼飛機(jī)——空客A350緊隨其后正在緊鑼密鼓地研制，一時間金屬機(jī)翼已經(jīng)過時的觀點(diǎn)盛行。然而，2009年9月，復(fù)合材料制造技術(shù)水平國際一流、獨(dú)家承制波音787 復(fù)合材料機(jī)翼等重要復(fù)合材料零部件、并于2006年4月將首架波音787復(fù)合材料機(jī)翼交付美國波音公司的日本，將其正在研發(fā)的MRJ70/90支線飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼改回金屬機(jī)翼——鋁合金機(jī)翼，其目的是優(yōu)化機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計、易于機(jī)身加長、減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間、增強(qiáng)整體競爭力，該事件逆潮流而動，令世人震驚，令業(yè)界和科技界深思。如何評價該事件對大中型運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼選材的影響為時尚早。歐美采用復(fù)合材料機(jī)翼的目的，并非僅僅出于技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素的考慮，還有一個目的就是提高研制和生產(chǎn)大型客機(jī)的準(zhǔn)入門檻，這也許可以部分解釋日本顛覆MRJ70/90支線飛機(jī)機(jī)翼原先設(shè)計方案的原因。此外，在國內(nèi)與大型金屬機(jī)翼相關(guān)的冶金和機(jī)械等工業(yè)制造體系同國外尚有巨大差距，且仍未完全配套的狀況下，一味盲目輕視金屬機(jī)翼跟風(fēng)復(fù)合材料機(jī)翼，期望跨越大中型金屬機(jī)翼發(fā)展階段、直接跨入復(fù)合材料機(jī)翼時代的做法隱患多多。在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，在中國乃至世界金屬機(jī)翼運(yùn)輸機(jī)生產(chǎn)、銷售和運(yùn)營仍將占據(jù)主導(dǎo)地位，噴丸成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景在世界范圍內(nèi)依然光明，技術(shù)經(jīng)濟(jì)市場廣闊。未來噴丸成形技術(shù)發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。 

（1）噴丸成形對象及設(shè)備大型化，如大型復(fù)雜外型整體壁板、大型整體結(jié)構(gòu)等噴丸成形，它們需要大型噴丸成形設(shè)備及相應(yīng)噴丸成形技術(shù)。 
（2） 噴丸外型結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化，即在現(xiàn)有可噴丸成形構(gòu)件外型、結(jié)構(gòu)和形狀的基礎(chǔ)上更加復(fù)雜，要求更大的噴丸變形量。 

（3） 噴丸成形過程智能化，最大限度地把人力從繁雜的噴丸成形工藝過程中解放出來，提高噴丸成形質(zhì)量和效率，而現(xiàn)代科技發(fā)展與進(jìn)步使噴丸成形過程智能化的逐步實現(xiàn)成為可能。 

（4） 噴丸成形手段日趨多樣化，如激光沖擊成形等已經(jīng)出現(xiàn)，相信今后一定會涌現(xiàn)出其他噴丸成形新方法，滿足對噴丸成形多樣化的需求。 

思考與建議 

1 現(xiàn)狀分析 

40年來，國內(nèi)噴丸成形技術(shù)取得了長足發(fā)展和顯著進(jìn)步，但是現(xiàn)狀不容樂觀，存在諸多問題，亟待解決。缺乏定期技術(shù)交流與培訓(xùn)機(jī)制，影響整體噴丸成形技術(shù)水平提升與推廣應(yīng)用。重跟蹤輕創(chuàng)新，不利于噴丸成形技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新。習(xí)慣于打“殲滅戰(zhàn)”，期望一次性徹底解決全部問題，缺少持續(xù)技術(shù)研發(fā)；“殲滅戰(zhàn)”思想，不符合科研規(guī)律，不利于噴丸成形技術(shù)進(jìn)步，花費(fèi)多、效率低、效果差。工藝標(biāo)準(zhǔn)難以全面反映國內(nèi)最新科研成果，消弱了促進(jìn)和推廣應(yīng)用先進(jìn)噴丸成形技術(shù)的作用，甚至成為一些單位使用落后成形手段的冠冕堂皇的依據(jù)?？蒲谐晒强蒲袉挝坏闹饕a(chǎn)品，總是被低估、賤賣至幾近無償奉獻(xiàn)，助漲科研單位企業(yè)化、生產(chǎn)企業(yè)科研單位化現(xiàn)象，大而全、小而全、低水平重復(fù)、資源浪費(fèi)，不利于噴丸成形技術(shù)進(jìn)步。國內(nèi)數(shù)控噴丸成形設(shè)備幾乎是清一色的進(jìn)口設(shè)備，這一現(xiàn)象背后是國內(nèi)相關(guān)研發(fā)人才嚴(yán)重缺失、研發(fā)能力嚴(yán)重退化甚至消失和技術(shù)體系畸形發(fā)展，代價昂貴，后果令人擔(dān)憂。 

2 發(fā)展建議 

國內(nèi)噴丸成形領(lǐng)域長期存在的問題是有關(guān)運(yùn)行機(jī)制與模式失調(diào)的一種客觀反映，盡早改進(jìn)、理順及完善相關(guān)機(jī)制與模式是解決問題的基本途徑；建立定期交流與培訓(xùn)機(jī)制，促進(jìn)噴丸成形技術(shù)交流與提高；尊重科研規(guī)律，重視持續(xù)研發(fā)，減少應(yīng)急性科研攻關(guān)；注重科研項目及指南前瞻性、創(chuàng)新性、先進(jìn)性、實用性；噴丸成形技術(shù)跟蹤與創(chuàng)新并舉，推陳出新，不斷滿足國內(nèi)外需求。完善噴丸成形工藝標(biāo)準(zhǔn)建立、形成和修訂機(jī)制，使之及時反映國內(nèi)最新噴丸成形技術(shù)成果，確保工藝標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)性和權(quán)威性；通過技術(shù)示范、成果推廣與技術(shù)培訓(xùn)，淘汰落后工藝，普及先進(jìn)技術(shù)；有效協(xié)調(diào)、平衡、化解生產(chǎn)企業(yè)與科研單位之間利益矛盾，充分調(diào)動技術(shù)交流與協(xié)作積極性，形成良性互動技術(shù)研發(fā)鏈，穩(wěn)定研發(fā)隊伍，發(fā)揮需求牽引與技術(shù)推動的雙重作用，促進(jìn)噴丸成形技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和現(xiàn)實生產(chǎn)力不斷提高；充分重視設(shè)備研發(fā)，優(yōu)化機(jī)制與模式，利用社會資源，模塊化集成，交鑰匙方式，促進(jìn)噴丸成形設(shè)備研發(fā)；最終，全面促進(jìn)先進(jìn)噴丸成形技術(shù)體系建設(shè)，更好地滿足、服務(wù)和推進(jìn)國家發(fā)展需要。