2005年4月27日，載客量最多（可達800余人）的空客A380飛機一飛沖天首飛成功，人類民航客機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，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翼產(chǎn)生足夠的升力。機翼是飛機制造中最復雜、最困難、最關(guān)鍵的部件，機翼上最重要的零件之一是與飛機外翼幾乎等長的機翼整體壁板。飛機機翼整體壁板，是一種能夠有效提高飛機性能的重要承力構(gòu)件，是衡量飛機先進程度的一個重要標志。30余年來，波音747 和空客A380飛機的大型機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，是大中型飛機金屬機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）和預應力噴丸成形（見圖5），預應力噴丸成形可以獲得更大的噴丸變形量和更復雜的構(gòu)件外型。

噴丸成形工藝優(yōu)點顯著：成本低——無需成形模具、生產(chǎn)準備周期短、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世紀中葉以來，噴丸成形工藝被廣泛應用于飛機尤其是運輸機金屬機翼整體壁板的成形，包括當前正在營運的所有空客客機系列飛機、波音客機系列飛機、龐巴迪客機等。目前，國內(nèi)飛豹、梟龍、殲10、ARJ21等飛機機翼整體壁板也采用了噴丸成形工藝。因此，噴丸成形技術(shù)是大中型運輸機金屬機翼制造領(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)滿足以大中型客機復雜金屬機翼整體壁板為代表、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50年代初期將噴丸工藝應用于飛機機翼壁板成形以來至20世紀50年代末，噴丸工藝已被西方航空工業(yè)大國廣泛應用，目前大型機翼整體壁板噴丸成形技術(shù)已經(jīng)被美國金屬改進公司和美國波音公司等少數(shù)幾家公司壟斷。伴隨機床控制技術(shù)的進步，噴丸設(shè)備由過去的機械控制噴丸機發(fā)展到后來的數(shù)控噴丸機。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)備兼營的跨國集團公司噴丸成形設(shè)備供應商，如美國金屬改進公司等。隨著大型運輸機機翼設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，噴丸成形技術(shù)經(jīng)歷了帶縱筋機翼整體壁板蒙皮類零件到不帶筋條機翼整體厚蒙皮類零件和帶曲筋機翼整體壁板類零件的噴丸成形等發(fā)展階段。波音系列客機和空客系列客機的金屬機翼整體壁板噴丸成形是噴丸成形技術(shù)成功應用的典型代表。 

如圖6所示，A380飛機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)機械控制噴丸和數(shù)控噴丸等發(fā)展階段，20世紀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等機翼整體壁板，以研制成功ARJ21飛機超臨界外翼下翼面整體壁板（見圖7）為標志，國內(nèi)首次實現(xiàn)真正意義上的噴丸成形。

ARJ21支線飛機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、外型最復雜的構(gòu)件，被公認為國內(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、以增加殘余壓應力層深度與殘余應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。 

預應力噴丸成形 

預應力噴丸成形，是指在噴丸成形前，借助預應力夾具等，預先在板坯上施加變形力，形成彈性應變，然后對其進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用主流的情況下，預應力在噴丸成形中的作用日益突出。 

預應力噴丸成形具有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雜程度。國內(nèi)認識和應用預應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世紀后期，由于預應力噴丸成形受應用對象及效果的影響，未受到應有的重視。 

20世紀90年代中后期，預應力在國內(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，揭示了簡單預應力噴丸變形的規(guī)律，闡明了預應力噴丸變形的3種形變現(xiàn)象，提出了精密預應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飛機超臨界機翼整體壁板噴丸成形問題等，開展了一系列預應力噴丸成形技術(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)，豐富了預應力噴丸成形技術(shù)內(nèi)涵，推進了預應力噴丸成形技術(shù)發(fā)展進步，奠定了包括超臨界機翼整體壁板在內(nèi)的大型復雜構(gòu)件預應力噴丸成形技術(shù)基礎(chǔ)。 

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

不負時代，不辱使命。幾乎與空客A380飛機外翼下翼面整體壁板預應力噴丸成形同步，國內(nèi)成功實現(xiàn)了超臨界機翼整體壁板預應力噴丸成形技術(shù)的一系列重大突破，形成多項專有技術(shù)和ARJ21飛機超臨界機翼整體壁板預應力噴丸成形批產(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翼整體壁板數(shù)控預應力噴丸成形技術(shù)的國家，技術(shù)水平達到同類技術(shù)的世界先進水平。 

國際競爭無止境，技術(shù)進步無終期。近年來，復雜外型曲筋整體壁板逐漸成為國內(nèi)數(shù)控預應力噴丸成形技術(shù)研究熱點之一，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。由于預應力噴丸成形技術(shù)的獨特優(yōu)勢，今后其重要性必將更加突出。 

發(fā)展趨勢 

大中型運輸機機翼整體壁板是噴丸成形主要對象之一。隨著復合材料機翼飛機——波音787夢幻飛機2009年的成功首飛，規(guī)格相當?shù)牧硪豢顝秃喜牧蠙C翼飛機——空客A350緊隨其后正在緊鑼密鼓地研制，一時間金屬機翼已經(jīng)過時的觀點盛行。然而，2009年9月，復合材料制造技術(shù)水平國際一流、獨家承制波音787 復合材料機翼等重要復合材料零部件、并于2006年4月將首架波音787復合材料機翼交付美國波音公司的日本，將其正在研發(fā)的MRJ70/90支線飛機復合材料機翼改回金屬機翼——鋁合金機翼，其目的是優(yōu)化機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計、易于機身加長、減少生產(chǎn)準備時間、增強整體競爭力，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輸機機翼選材的影響為時尚早。歐美采用復合材料機翼的目的，并非僅僅出于技術(shù)經(jīng)濟因素的考慮，還有一個目的就是提高研制和生產(chǎn)大型客機的準入門檻，這也許可以部分解釋日本顛覆MRJ70/90支線飛機機翼原先設(shè)計方案的原因。此外，在國內(nèi)與大型金屬機翼相關(guān)的冶金和機械等工業(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翼跟風復合材料機翼，期望跨越大中型金屬機翼發(fā)展階段、直接跨入復合材料機翼時代的做法隱患多多。在今后相當長一段時間內(nèi)，在中國乃至世界金屬機翼運輸機生產(chǎn)、銷售和運營仍將占據(jù)主導地位，噴丸成形技術(shù)的發(fā)展和應用前景在世界范圍內(nèi)依然光明，技術(shù)經(jīng)濟市場廣闊。未來噴丸成形技術(shù)發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)以下特點。 

（1）噴丸成形對象及設(shè)備大型化，如大型復雜外型整體壁板、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)備及相應噴丸成形技術(shù)。 
（2） 噴丸外型結(jié)構(gòu)日益復雜化，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)交流與培訓機制，影響整體噴丸成形技術(shù)水平提升與推廣應用。重跟蹤輕創(chuàng)新，不利于噴丸成形技術(shù)進步與創(chuàng)新。習慣于打“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)進步，花費多、效率低、效果差。工藝標準難以全面反映國內(nèi)最新科研成果，消弱了促進和推廣應用先進噴丸成形技術(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，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、資源浪費，不利于噴丸成形技術(shù)進步。國內(nèi)數(shù)控噴丸成形設(shè)備幾乎是清一色的進口設(shè)備，這一現(xiàn)象背后是國內(nèi)相關(guān)研發(fā)人才嚴重缺失、研發(fā)能力嚴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)運行機制與模式失調(diào)的一種客觀反映，盡早改進、理順及完善相關(guān)機制與模式是解決問題的基本途徑；建立定期交流與培訓機制，促進噴丸成形技術(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準建立、形成和修訂機制，使之及時反映國內(nèi)最新噴丸成形技術(shù)成果，確保工藝標準先進性和權(quán)威性；通過技術(shù)示范、成果推廣與技術(shù)培訓，淘汰落后工藝，普及先進技術(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，促進噴丸成形技術(shù)持續(xù)進步和現(xiàn)實生產(chǎn)力不斷提高；充分重視設(shè)備研發(fā)，優(yōu)化機制與模式，利用社會資源，模塊化集成，交鑰匙方式，促進噴丸成形設(shè)備研發(fā)；最終，全面促進先進噴丸成形技術(shù)體系建設(shè)，更好地滿足、服務和推進國家發(fā)展需要。