机翼更坚固的秘诀,居然是用金属弹丸向它“开炮”?

2019-07-17  关福

你是否惊叹,《舌尖3》上章丘铁锅的成型过程,成百上千次的敲打,让烧红的铁块变得薄而强韧。你是否知道,我们经常乘坐的大型飞机,组成两个翅膀的机翼壁板,也是用类似的加工工艺制造出来的。

当然,这种被称为“喷丸技术”的高端工艺,比章丘铁锅的制作技艺要复杂的多。二者的共同特点是通过高速击打加强抗疲劳性,增加强度。不同的是,铁锤变成了小小的弹丸,直径不超过一厘米,铁金属变成了性能更加优异的合金原材料。而成品则是韧性、强度要求极高,形状十分复杂的大型机翼壁板

如此厚的合金原材料,在成百上千个弹丸的高频率高速冲击下,变成坚硬、外形复杂且非常轻薄的蒙皮,最终与骨架组合在一起,最终形成一个完整的机翼,托举飞机在万米高空飞翔。这是不是很神奇?

那么我们为什么要用喷丸技术来加工机翼壁板呢?首先我们需要了解下飞机机翼壁板这一特殊零件。

飞机机翼是典型的薄壁型结构,主要由蒙皮和骨架组成。如果把飞机比作鸟儿,蒙皮就是羽毛,包裹着飞机的骨架,形成流线型的外表面。它必须具有流畅的外形,才能减少阻力;它必须十分轻薄,做到十几毫米甚至几毫米,才能有效载重,托举飞机飞得更高;它还必须十分强韧,才能承受飞机在高空做出的各种腾挪扭转的动作。

传统加工机翼壁板,通常采用数控整体铣切的方式,并适当配合机械压弯方式。整体铣切壁板复杂外形会浪费掉大量的材料,机械压弯则容易影响壁板性能,质量控制难度很大。而今,国内外航空制造企业均采用喷丸成型技术进行机翼壁板加工。

一是成本低,不需要模具,节省原材料,场地占用少。

二是品质高,在不断地“击打”使零件表层更加致密,犹如给零件增加了一层保护膜。

三是应用范围广,多么复杂的外形,在电脑程序下,小小弹丸都能精确定位击打,有效解决金属零件加工变形、焊接零件变形等问题。

经过喷丸加工的零件的疲劳寿命与原来相比可以提高数十倍,抗疲劳强度和耐腐蚀性大大增强。

喷丸的介质我们通常称为丸料,种类很多,包括切割丝钢丸、渗碳钢丸、硬铸钢丸、陶瓷丸等等。在飞机制造领域,喷丸成型一般使用渗碳钢丸和硬铸钢丸,喷丸强化工艺主要使用硬铸钢丸和陶瓷丸。

喷丸的加工过程非常有趣。在一个专门的加工设备中,弹丸从丸料箱通过喷枪喷出,以高速撞击零件表面,然后通过回收系统,经过筛分装置筛除不合格弹丸,再返回到丸料箱进行重复利用。

为了给国产飞机插上更强悍更轻盈的翅膀,中国航空工业的科技人员们仍在努力,预应力喷丸、超声喷丸、高压水喷丸、激光冲击喷丸等更先进技术必然会在不久的将来,发挥更大的作用。


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