數(shù)控噴丸成形高筋整體壁板模擬件

ARJ21飛機外翼下翼面整體壁板

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

        大家可曾知道：ARJ21飛機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飛機超臨界機翼壁板復(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，小小丸粒成就了中國民機產(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，用于清理飛機油漆涂層等。丸粒選用玻璃丸，主要用于噴丸強化，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飛機超臨界機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。

        噴丸成形由噴丸強化發(fā)展而來。上世紀50年代初期噴丸成形技術(shù)被首次應(yīng)用于Constellation飛機機翼壁板噴丸成形。噴丸成形由于具有無需成形模具、準備周期短、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)用于飛機整體壁板的成形，如20世紀60年代末以來的波音747、本世紀初期至今的空客A380等。噴丸成形一直是飛機機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并配套相關(guān)主機廠，分別應(yīng)用于殲6、殲7、殲8、運7、轟6等飛機機翼機身壁板的噴丸成形；至20世紀80年代末期，制造所基本掌握了針對直紋翼型機翼整體壁板以噴丸成形為主的、以機械校形和榔頭敲擊為輔的噴丸成形工藝，建立了飛機壁板噴丸成形技術(shù)標準，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?？傮w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機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，機翼壁板噴丸成形尚無法擺脫機械校形和榔頭敲擊，因此國內(nèi)這一時期的機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)備存在代差等嚴峻問題，精心選型并引進國內(nèi)首臺數(shù)控噴（拋）丸機，到20世紀90年代中期，掌握了機翼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。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90年代中期，制造所利用自主研制的技術(shù)數(shù)控噴丸機，系統(tǒng)研究數(shù)控噴丸成形基本規(guī)律，重點開發(fā)預(yù)應(yīng)力噴（拋）噴丸成形技術(shù)。針對亞歐快車AE100飛機研制需求，在國內(nèi)首次探索研究超臨界機翼整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)，最終形成具有珍貴價值的超臨界機翼整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)思想。此外，AE100飛機開創(chuàng)了國內(nèi)超臨界機翼及其整體壁板噴（拋）丸成形技術(shù)研究新紀元。

        本世紀初，屢挫屢戰(zhàn)的國內(nèi)民機產(chǎn)業(yè)誓死一搏，決心自主研制ARJ21噴氣式支線飛機。制造所作為項目組長和參研單位，開展ARJ21飛機超臨界機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翼整體壁板噴丸成形技術(shù)的國家，掌握了民機研制和生產(chǎn)的重大、關(guān)鍵及核心技術(shù)，研究成果榮獲國家科技進步二等獎。至此，我國徹底擺脫了對機械校形和榔頭敲擊的嚴重依賴，實現(xiàn)了真正意義上的噴丸成形，國產(chǎn)飛機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)民機研制、生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，在國內(nèi)民機產(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的殘酷現(xiàn)實與日益雄厚的國家實力極不相稱，國家大飛機發(fā)展規(guī)劃被不失時機地推出。減重是飛機一貫的追求目標，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)大飛機研制奠定了堅實可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

        未來，一個前途無限的中國需要一個無比強大的航空工業(yè)，一個強盛的航空工業(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。