飛機(jī)制造中的裝配連接

東北大俠

飛機(jī)制造中的裝配連接
飛機(jī)制造中的裝配連接
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% h% M- J9 T! [4 ~7 P. X飛機(jī)制造中的裝配連接


5 k9 R. l8 v2 X8 t在飛機(jī)制造中，裝配連接質(zhì)量直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可靠性,，高性能航空器連接結(jié)構(gòu)必須采用先進(jìn)的連接技術(shù),，如先進(jìn)焊接技術(shù),、膠接技術(shù),、擴(kuò)散連接技術(shù)以及先進(jìn)的機(jī)械連接技術(shù)。目前國外在裝配連接技術(shù)上使用了激光輔助定位,、計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)經(jīng)緯儀系統(tǒng)進(jìn)行裝配對接、應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助鉆削系統(tǒng)并采用機(jī)器人化的裝配單元大大提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能,，減少了操作人員數(shù)目,，延長飛機(jī)的使用壽命,。其主要的連接技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1,、自動鉆鉚技術(shù)
4 ^) U9 x5 Q6 K4 V6 ^" D2 J9 N# B自動鉆鉚技術(shù)并不是一項(xiàng)新技術(shù),，但其發(fā)展一直未曾間斷。國外目前現(xiàn)役軍,、民用飛機(jī)的自動鉆鉚系數(shù)分別達(dá)到17%和75%以上,，大量采用無頭鉚釘干涉配合技術(shù)，新型緊固件有無頭和冠頭鉚釘,、鈦環(huán)槽釘,、高鎖螺栓、錐形螺栓以及各種單面抽釘?shù)龋?0%鉚接和100%的不可卸傳剪螺栓連接均采用干涉配合,，而且孔壁還要進(jìn)行強(qiáng)化,。自動鉆鉚技術(shù)從70年代起就在國外普遍采用，如波音民機(jī)的壁板機(jī)鉚系統(tǒng)已達(dá)60%-75%,，麥道軍機(jī)也已達(dá)17.5%,，但是真正的全自動鉆鉚還需要解決工件定位和校平問題。近年來,，鉚接正向機(jī)器人和包含機(jī)器人視覺系統(tǒng),、大型龍門式機(jī)器人、專用柔性工藝裝備,、全自動鉆鉚機(jī)和坐標(biāo)測量機(jī)組成的柔性自動化裝配系統(tǒng)發(fā)展,。如B767、B777采用了翼梁自動裝配系統(tǒng),，提高效率14倍,，費(fèi)用降低90%，廢品率降低50%,。而且由于進(jìn)一步的改進(jìn)使鉆鉚工具能夠到達(dá)以前難以達(dá)到的部位,。如通過采用特制的緊固件，只在部件的單邊需要工具,，與通常的C型機(jī)在部件兩邊進(jìn)行連接有所不同,，克服了工具難以到達(dá)部位所產(chǎn)生的問題。另外,，軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)在自動連接方面有所不同,，民用飛機(jī)由于部件大、緊固件種類少較易實(shí)現(xiàn)自動化,，而軍用飛機(jī)由于部件尺寸小且復(fù)雜,、緊固件種類多而較難實(shí)現(xiàn)自動化裝配，如麥道軍用飛機(jī)公司的緊固件自動化裝配程度只有大約17.5%,，他們的努力的目標(biāo)是達(dá)到20%,。以F-18為例,，把一縱梁連接到四分之一板上需要三種鉚釘，每一種鉚釘都需要重新安裝工具,，這樣在安裝工具上要花費(fèi)很多時(shí)間,，而且大多數(shù)自動化裝配設(shè)備都是固定在車間內(nèi)的，不僅大且不具備柔性,，鑒于這種原因,，促進(jìn)了手動鉆孔、手動鉚接機(jī)等工具的使用范圍,。進(jìn)一步發(fā)展的全自動化設(shè)備（CNC）不僅能進(jìn)行定位而且還能完成鉆孔-安裝-鐓粗工序,，操作人員只需進(jìn)行設(shè)備管理及工藝過程監(jiān)控。一些更先進(jìn)的CNC設(shè)備還可編程,，根據(jù)裝配件安裝區(qū)域選擇適當(dāng)類型的緊固件,。而以前使用的半自動化設(shè)備只能安裝一種類型的緊固件。

各個(gè)公司應(yīng)用CNC情況和部位有所不同,。波音軍用飛機(jī)的圣·路易斯工廠計(jì)劃1999年在F-18E/F機(jī)翼使用第一臺CNC機(jī)床進(jìn)行緊固件安裝以滿足精密要求,。波音民用飛機(jī)公司的大多數(shù)CNC設(shè)備用于757飛機(jī)結(jié)構(gòu)件和蒙皮之間的連接。目前飛機(jī)裝配面臨的主要問題是鉚釘?shù)倪M(jìn)給,，較小的零件需要的鉚釘更小,，有些小得很難以一定的方向安裝到孔中。例如,，在雷神飛機(jī)公司使用的許多鉚釘?shù)拈L度和直徑只有3/32英寸,。雷神公司目前使用14臺通用C型機(jī)床和4臺CNC機(jī)床用于安裝工作，由于緊固件自動化安裝的應(yīng)用使原來每周安裝5000個(gè)速度上升到每周100,000個(gè),。但雷神公司使用的CNC設(shè)備主要應(yīng)用在次裝配階段,，如縱梁、隔框和蒙皮的連接,。在總裝階段,，即機(jī)翼和機(jī)身和尾翼的連接沒有應(yīng)用自動化連接。據(jù)公司人員講,，在總裝中只有民用機(jī)方面用了自動化連接,。但在總裝階段采用自動化連接也是最終發(fā)展趨勢。歐洲的空中客車公司已經(jīng)在這方面先行一步了,，美國在這方面也已做了不少的工作,，波音公司的威奇托工廠已在737機(jī)身的總裝上使用了自動化連接技術(shù)。但據(jù)GEMCOR公司權(quán)威人士講,，這種自動化的應(yīng)用有時(shí)也會得不償失,，當(dāng)進(jìn)行高層次的裝配時(shí)，結(jié)構(gòu)件會更大，使工具進(jìn)入也就更難,，因此需要更加復(fù)雜和更昂貴的自動化設(shè)備,，這時(shí)就不能僅為自動化而自動化，而應(yīng)根據(jù)成本效益分析進(jìn)行決策,。GEMCOR公司生產(chǎn)的新型G2000就是開發(fā)出來專門用于高層次裝配的產(chǎn)品，而且其成本又低,。該機(jī)床為9座標(biāo)機(jī)床,，采用了高速伺服器和一臺可視再同步系統(tǒng)，能在單機(jī)裝載下裝配180°機(jī)身部件,，鉚釘進(jìn)給系統(tǒng)可靠性達(dá)99.9%,，該技術(shù)的開發(fā)是在發(fā)展自動化同時(shí)考慮成本效益的一個(gè)典型例子。

" P4 l, X2 k4 e3 i" f2,、電磁鉚接技術(shù)
( U- O* {% Z0 i1 Z* m- ?# H  z針對鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用范圍擴(kuò)大,，而鈦合金鉚接成本效益又差等原因，電磁鉚接的使用也在逐漸擴(kuò)展,，其成形機(jī)理完全不同于壓鉚,，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，由于加載速率高,，鉚接時(shí)鉚釘材料各方向流動均勻且同步,，可以實(shí)現(xiàn)比較理想的干涉配合連接，主要應(yīng)用于鈦合金,、復(fù)合材料及厚夾層結(jié)構(gòu)的鉚接,。國外應(yīng)用電磁鉚接始于70年代初，但由于涉及到高壓的安全性問題,，最初沒有受到重視,。目前使用的電磁鉚接技術(shù)是由Electroimpact 公司的經(jīng)理開發(fā)的一種低壓型電磁鉚接技術(shù)。Electroimpact 公司是目前世界上最大的自動化緊固機(jī)制造商之一,，該公司生產(chǎn)的E4000機(jī)翼機(jī)是一臺立式鉚接/栓接機(jī),，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能在一個(gè)地方完成所有的機(jī)翼裝配工作，并取消了全部的手工操作,。一般的鉚接過程要把所有的部件放在一塊板上固定,，然后手工鉆孔并用臨時(shí)緊固件定位，然后把這塊板移到自動鉚接機(jī)處,，這一過程通常要用到吊車并且可能會使板件變形,。而該機(jī)床本身可沿五座標(biāo)方向移動并能把鉚釘固定安裝在部件上，不需要移動組件,，并能在組件上方運(yùn)動并安裝所有的鉚釘和鎖定螺栓,。它還能安裝絞接緊固件，并且取消了所有的定位緊固件。波音公司西雅圖工廠裝配機(jī)翼大梁的兩個(gè)自動化單元床身上安裝著由美國Electroimpact公司研制的電磁鉚接頭,。該公司還自行設(shè)計(jì)和制造電容器組,、控制器、有關(guān)的電子器件并編寫相應(yīng)的應(yīng)用軟件,。在電磁鉚接理論方面美國的研究人員做了大量工作,，如他們對材料的動態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得到了許多常用材料的合適的變形速率,。研究了電容,、電感等系統(tǒng)參數(shù)對鉚接質(zhì)量的影響，以此為根據(jù)對設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn),，使其電流脈沖持續(xù)時(shí)間可調(diào),，以滿足不同材料的鉚接需要，從而使電磁鉚接設(shè)備的柔性增大,，應(yīng)用范圍更廣,。但美國對這一研究成果以及鉚接設(shè)備內(nèi)部如何調(diào)整電流脈沖持續(xù)時(shí)間嚴(yán)格保密。

3,、復(fù)合材料連接技術(shù)
復(fù)合材料的連接一般采用膠接和共固化,，由于復(fù)合材料層壓板層間強(qiáng)度低、抗沖擊能力差等原因,，早期未采用干涉配合技術(shù),，到80年代研究表明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)采用干涉配合連接有利于提高接頭強(qiáng)度。其解決的關(guān)鍵在于如何產(chǎn)生比較理想的干涉量而不損傷復(fù)合材料,。因?yàn)楦缮媪看髸�對�?fù)合材料造成損傷,，

. L3 X& |" A) |% c8 z3 C; w( @# D7 Z[影響]
' P- h& s1 b# v" W( T6 u7 T在航空器制造中，先進(jìn)的裝配連接技術(shù)在生產(chǎn)和質(zhì)量控制中起到關(guān)鍵的作用,。由于連接種類繁多,，根據(jù)裝配要求不同選擇哪一種連接方法、其先進(jìn)程度如何直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可靠性,。具體影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1,、通過采用先進(jìn)的連接技術(shù)可提高航空器使用壽命，如采用干涉配合鉚接,、電磁鉚接,、新型緊固件、孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)等來提高連接結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能與可靠性,，從而達(dá)到延長使用壽命的目的,。
2、先進(jìn)的裝配連接技術(shù)可縮短航空武器裝配的生產(chǎn)周期,，提高生產(chǎn)效率,。如前所述采用自動化和半自動化連接技術(shù)可提高工作效率十幾倍，甚至二十幾倍，大大減少操作人數(shù)和工作量,，而且連接質(zhì)量也有所提高,，這對大型航空器的制造商來說，要想在激烈的市場競爭中生存必須采用的技術(shù),。
0 n* \4 ~& Z0 [+ x3 H3,、采用先進(jìn)的連接技術(shù)可降低航空武器裝備的成本并減輕重量。采用擴(kuò)散連接,、蜂窩膠接及共固化連接,、高能束焊接技術(shù)不僅可節(jié)省緊固件研制生產(chǎn)費(fèi)用，而且大大減輕了重量,。
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[技術(shù)難點(diǎn)]
+ ^( M4 s  K2 `+ w4 E先進(jìn)的裝配連接技術(shù)的難點(diǎn)在于如何正確地確定使用哪一種連接能達(dá)到效率、性能,、費(fèi)用比最優(yōu),。另外一個(gè)難點(diǎn)是如何能最大限度地控制連接過程的質(zhì)量。針對這兩點(diǎn)進(jìn)行的前沿研究工作如下：
, s) P* ?# K% L+ O7 \1,、自動鉆鉚系統(tǒng)和自動電磁鉚接系統(tǒng)應(yīng)用研究,；
# a1 P6 [+ ]$ n  c% n2 v2、柔性自動裝配集成系統(tǒng),、自動鉆鉚系統(tǒng)應(yīng)用研究,；
8 D. P5 \; A: F. V3、計(jì)算機(jī)虛擬連接裝配技術(shù)研究,；
# N/ |9 d% O0 A' s4,、超聲波焊和微波焊接技術(shù)研究；
5,、精密連接技術(shù)及其自動化,、機(jī)器人柔性連接技術(shù)應(yīng)用研究；
  X9 S$ M0 d3 N; ]' t6,、膠-鉚復(fù)合連接技術(shù)研究,。

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9 [* f/ W3 L+ z" z" {' H7 ^) H9 X3 }  K
6 P1 @$ V8 X3 V/ b- l+ e8 v先進(jìn)機(jī)械連接技術(shù)
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　　現(xiàn)代飛機(jī)的安全使用壽命要求日益增長，軍機(jī)壽命,、干線飛機(jī)壽命分別要求達(dá)到8000,、50000飛行小時(shí)以上，為了提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接的疲勞性能,，采用了長壽命的干涉配合連接技術(shù),，并發(fā)展了相關(guān)的自動化設(shè)備。

. x/ |5 b0 y6 n6 h2 }3 ^$ F7 A/ {0 O9 _　�,。�1）為了消除制孔缺陷引起的應(yīng)力集中,，采用了光潔制孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精密制孔。國外采用的先進(jìn)制孔設(shè)備除數(shù)控自動鉆鉚機(jī)制孔外,，還有機(jī)器人制孔,、帶激光引導(dǎo)的精密數(shù)控制孔中心。例如,，F(xiàn)-16的垂尾石墨/環(huán)氧復(fù)合材料蒙皮采用了機(jī)器人制孔,，不僅保證了制孔質(zhì)量，提高了制孔效率,，還避免了石墨粉塵對操作人員的損害,；F-22部件裝配采用快速裝配技術(shù)，要求制孔精度更高,、質(zhì)量更精細(xì),，采用了自動化激光定位的精密數(shù)控制孔中心制孔。
0 ^6 ?$ {$ x; Y. `& X7 n# U
/ R! g2 `5 d( n: g% \$ ~　�,。�2）為了減輕結(jié)構(gòu)重量,，提高連接強(qiáng)度，現(xiàn)代飛機(jī)所用緊固件大量采用鈦合金,、新型鋁合金緊固件及干涉連接件,。美國研制、生產(chǎn)的緊固件主要有高強(qiáng)緊固件,、鈦緊固件,、防腐緊固件和特殊用途緊固件；著重開發(fā)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用緊固件系統(tǒng),，如鉚接用鈦鈮鉚釘系列產(chǎn)品,，輕型鈦高鎖螺栓，鈦環(huán)槽釘及干涉鈦環(huán)槽釘系統(tǒng),，鈦合金單面螺紋抽釘,、干涉抽釘、特大夾層（3.5mm）抽釘系統(tǒng),，用于蜂窩結(jié)構(gòu)的可調(diào)預(yù)載緊固件系統(tǒng),、復(fù)合材料緊固件系統(tǒng)。

" w6 B( t/ D5 F2 U& ^) `$ }, j/ {　�,。�3）為了提高鉚接結(jié)構(gòu)的自動鉆鉚率,，擴(kuò)大自動鉆鉚在飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接中的應(yīng)用，尤其是對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和不開敞難加工部位的裝配,，發(fā)達(dá)國家的飛機(jī)連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚機(jī)的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機(jī),、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設(shè)備和帶視覺系統(tǒng)的機(jī)器人、大型龍門機(jī)器人,、專用柔性工藝裝備及坐標(biāo)測量機(jī)等多種設(shè)備,、不同配置組成的柔性自動裝配系統(tǒng)發(fā)展,。
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  h. q2 \5 C' X  H　　（4）電磁鉚接可進(jìn)行難成形材料,、大直徑及厚夾層的鉚接,，可以在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)均勻的干涉配合連接，電磁鉚接自動化設(shè)備已用于生產(chǎn),。這種設(shè)備占地面積都很小,，裝配機(jī)上還配有伺服驅(qū)動的檢測探頭和攝像系統(tǒng)，以確定機(jī)床及產(chǎn)品的位置和檢測孔的質(zhì)量,，可對每根梁進(jìn)行自動鉆孔,、緊固件定位、安裝和鉚接,。

蒼狼大地

學(xué)習(xí)了,，以前只聽過鉚接這么個(gè)名詞，具體的東西都不知道,，只知道飛機(jī)制造中裝配技術(shù)很重要，原來其中還有這么多道道,。

yindahai2025

謝謝東北大俠,，了解，增加知識面,，好,！大家路過了雖然沒有留下痕跡，但是已經(jīng)來過,。

王子兵

能介紹一些鈦合金標(biāo)準(zhǔn)件在國內(nèi)航空系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用情況和發(fā)展前景嗎,？
- B- c; x# b1 ^/ H& o謝了！

缺失的一角

已定型生產(chǎn)的飛機(jī),，手工鉚接的能不能改成自動鉚接呢,？需要經(jīng)過什么樣的審核流程？比如：原來用氣動工具進(jìn)行手工鉚接的,，現(xiàn)在是否可以升級為電磁鉚接,？

缺失的一角

本來前幾天安排去上海商飛看HH503的操作的，后來驗(yàn)收勢急,，沒去成,，呵呵