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(chǎng)機(jī)場(chǎng)，首架具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)ARJ21噴氣式客機(jī)伴隨著巨大的轟鳴聲于12時(shí)23分沖天而起，翱翔藍(lán)天一小時(shí)之后返回，于13時(shí)24分平穩(wěn)降落機(jī)場(chǎng)。這標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)ARJ21飛機(jī)首飛成功，標(biāo)志著中國(guó)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(dòng)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(guó)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(guò)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?gòu)椡栌羞x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(dòng)外型的。

        噴丸成形由噴丸強(qiáng)化發(fā)展而來(lái)。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(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，如20世紀(jì)60年代末以來(lái)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(guó)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(jiǎn)稱"制造所"）是國(guó)內(nèi)唯一從事壁板噴丸成形技術(shù)研究的科研單位。萬(wàn)事開頭難，技術(shù)資料的極其匱乏使當(dāng)時(shí)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(duì)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(cè)，基本構(gòu)建完成噴丸成形技術(shù)體系及其設(shè)備配套?？傮w而言，這一時(shí)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(wú)法擺脫機(jī)械校形和榔頭敲擊，因此國(guó)內(nèi)這一時(shí)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(guó)內(nèi)噴丸成形技術(shù)研究迎來(lái)第二個(gè)高潮。制造所作為型號(hào)攻關(guān)項(xiàng)目技術(shù)顧問(wèn)和參研單位，面對(duì)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(shí)老化、與國(guó)外數(shù)控噴丸工藝及設(shè)備存在代差等嚴(yán)峻問(wèn)題，精心選型并引進(jìn)國(guó)內(nèi)首臺(tái)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(jí)整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)，使國(guó)內(nèi)噴丸成形技術(shù)跨入數(shù)控時(shí)代。同期，制造所自主研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)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(jí)科技成果獎(jiǎng)。

        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(duì)亞歐快車AE100飛機(jī)研制需求，在國(guó)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(jià)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(guó)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(guó)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(zhǎng)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(guò)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(méi)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(wú)異于老虎吃天。最終，制造所打破國(guó)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(guó)成為世界上第三個(gè)掌握超臨界機(jī)翼整體壁板噴丸成形技術(shù)的國(guó)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(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。至此，我國(guó)徹底擺脫了對(duì)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(guó)產(chǎn)飛機(jī)6~9萬(wàn)飛行小時(shí)壽命不再是奢望。這些研究成果奠定了國(guó)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(guó)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(lái)，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(guó)家實(shí)力極不相稱，國(guó)家大飛機(jī)發(fā)展規(guī)劃被不失時(shí)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(guó)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(shí)在國(guó)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(shuō)高筋整體壁板噴丸成形。為此，制造所針對(duì)筋高創(chuàng)造國(guó)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(guò)去的一個(gè)個(gè)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(guó)際帶筋整體壁板噴丸成形技術(shù)之牛耳，為國(guó)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(lái)，一個(gè)前途無(wú)限的中國(guó)需要一個(gè)無(wú)比強(qiáng)大的航空工業(yè)，一個(gè)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(gè)又一個(gè)神奇。