先进的装配连接技术在航空制造领域中的运用
王大光
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王大光,. 先进的装配连接技术在航空制造领域中的运用[J]. 中国航空航天科学,2022.1. DOI:10.12721/ccn.2022.157121.
摘要: 在航天领域进步高速发展阶段的同时,航空制造取得了显著的成效。在缺乏航空理论的背景下,装配连接技术在航空制造方面展现出了极高的价值。对于飞机制造而言,装配技术如何决定着飞机结构能否具有良好的抗疲劳特性,是否具备更高的安全性。基于此,文章着重对自动钻铆技术这一先进装配连接技术进行探讨,通过设备研发情况分析、紧固件了解,引出自动钻铆工艺的特点以及存在的应用问题,而后又对该技术在航空制造领域的未来应用前景及需突破的关键技术进行了展望。
关键词: 装配连接;先进技术;航空制造
DOI:10.12721/ccn.2022.157121
基金资助:

对于飞机制造而言,装配连接质量是影响飞机结构各项性能的关键。应用普通铆接或焊接等相对传统的金属板连接方法时,存在密封性不佳、抗疲劳性差以及结构自重高等问题,难以实现生产效率的提升及飞机性能的优化。在多年研究之后,多种新型先进的连接方法逐步诞生,其中自动钻铆技术就是其中较为典型的代表,既可实现装配过程中操控人员的精简,也可增强抗疲劳特性,实现飞机使用寿命的延长。

1.自动钻铆技术

传统装配技术应用时,最为常用的便是金属板连接方法,应用的便是钻铆技术。只不过此种钻铆技术相对传统,具有一定的缺陷问题。目前,通过研究专家的深入探讨研发出了自动钻铆技术,此技术便是在传统钻铆技术的基础上研发与改进而来的。也就是说,自动钻铆技术并非是全新的技术,自飞机制造行业诞生伊始,此技术便开始应用并逐步发展与优化,现已成为航空飞机制造领域当中不可或缺的先进技术之一,并广受国内及国外多家航空制造企业的青睐。

2.自动钻铆技术设备研发情况分析

自动钻铆技术应用时所需应用到的设备类型众多,且各种设备的型号也并不一致。因此,在针对不同型号或结构存在差异的飞机进行装配时,所应用到自动钻铆技术也存在显著的差异,因而,所应用到的设备独特性相对较强,且需具备一定的可转移能力。自动钻铆设备除了可进行壁板的铆接之外,还可进行框梁、翼面等多种不同组件的铆接。也可以说,自动钻铆设备的功能相对强大,适应性相对较高。因此,应用自动钻铆技术进行飞机装配连接,可实现更加高效的连接,在飞机装配连接质量方面也有着十分显著的提升作用。

3.自动安装过程中需应用到的紧固件分析

自动钻铆技术应用时,需应用与之相匹配的固定件进行加固,通过自动安装紧固件,可消除结构抗疲劳性不佳的问题,可使配件使用寿命更高,也可增强连接物的使用时限,从而使飞机能够得到更长时间的应用。此外,应用自动安装配合固定的紧固件可使装配连接的密封性得到显著提升,这在一定程度上保证了飞机油箱的良好应用,消除了因密封性不佳而导致油箱出现油泄漏的情况,避免了飞机飞行时因油箱故障而导致安全事故的发生,从而进一步提升了飞机的安全性能。

4.自动钻铆工艺的应用特点

在自动钻铆技术应用中,自动钻铆工艺是其核心工艺所在,其具备良好的精确性及自动化特征。

4.1精确性

自动钻铆工艺在应用时,需要利用一台专用设备,连续不间断地进行所有工序的完成,如夹紧、钻孔、锪窝、注胶、放铆、铣平等,然而在该工艺应用时,每次钻铆设备进出钻孔时误差控制精度相对较高,可低于0.005mm,除此之外,可将埋头窝深度控制在0.01mm以下。这就表明,在自动化钻铆技术进行飞机制造装配连接时具备十分良好的精度特征。

4.2自动化

相较于传统的钻铆技术,自动化是自动钻铆技术最为显著的特征,也是技术突破的关键所在。在高精度仪器辅助下,可实现参数的精确化控制,且无需人为检测,可消除人为因素对技术操作规范性的影响,可有效优化飞机制造过程中的质量及效率,即便飞机处于极度疲劳的运行状态之下,也可确保其符合正常运行的各项参数标准。

5.自动钻铆技术的应用分析

严格来讲,自动钻铆技术从二十世纪七十年代就已经在国外渐渐普及和使用了。例如,60%至75%的波音民机的壁板机铆系统是由自动钻铆技术装配连接的,17.5%的麦道军机也是如此。但是,即使自动钻铆技术已经得到了不少企业的认可,但不代表着它的完美,在某些方面仍然存在问题,例如:工件定位问题和校平问题,而这两个问题也取决了自动钻铆技术是否真正能够做到全自动化这一水平。如今,随着机器人领域的兴起,钻铆技术的发展也结合了机器人技术,例如机器人的制造,包括机器人的视觉系统、自动化技术等等。这样的装配技术不仅仅在飞机制造的效率和质量上有了明显的提高,更是降低了制造过程中的人力资本。据有关报告分析,使用自动化钻铆技术不仅可以在效率上提升十倍还要多,还可以减少50%的作业人员,降低90%的制造费用,以及减少了50%的废品产生。由此可见,自动化钻铆技术不仅在应用方面有一定的优势,对于大部分企业而言,在提高飞机制造的质量和企业经济效益最大化两方面都具有着极强的差异化优势。

6.航空制造领域中先进的装配连接技术的应用前景及关键技术

6.1应用前景展望

在航空制造业逐步发展的过程中,先进连接技术逐步诞生与发展,除了本文分析的自动钻铆技术之外,国家应用率较高的先进连接技术还有电磁铆接技术及其他技术,目前,本国的先进连接技术较之国外发达国家仍有一定的不足之处。基于此,立足于航空工业全局,先进装配连接技术的研发与应用应将技术经济效益作为考量重点。既要对装配连接的高效性进行强化,还应着重促进连接质量的提高,从而使装配连接结构更加符合飞机制造要求,使之抗疲劳性能更佳、具备更强的抗腐蚀效果,并且密封性更为良好,使之结构自重可进一步降低。可通过考察国外先进的装配生产线,学习积累国外先进技术和工艺方法。再结合型号研制,对引进的先进连接技术进行消化吸收,从而降低制造成本,探索出一条与我国国情相适应的飞机装配工艺技术改造的新路。

6.2关键技术研究重难点

先进的装配连接技术的难点在于如何正确地确定使用哪一种连接能达到效率、性能、费用比最优,另外一个难点是如何能最大限度地控制连接过程的质量。针对这两点进行的前沿研究工作如下:一是自动钻铆系统和自动电磁铆接系统应用研究;二是柔性自动装配集成系统、自动钻铆系统应用研究;三是计算机虚拟连接装配技术研究;四是精密连接技术及其自动化、机器人柔性连接技术应用研究;五是胶-铆复合连接技术研究。

结语:根据现装配连接技术在航空制造领域的应用来看,在技术方面已经有了很大突破。在装配连接技术在飞机制造的发展过程中,传统技术存在飞机的寿命不长、所连接之处密封性不好问题以及飞机增重等问题,制约了飞机性能以及装配工作的有效进行。基于此,笔者针对装配连接技术在航空制造领域的具体情况,也介绍了如今更为先进的装配设备的优点和可待发展之处,以期望对我国相关专业人士有一定启发。

参考文献:

[1]赵清清,黄智勇.先进焊接技术在航空制造中的应用[J].工程技术(文摘版),2016(6):259.

[2]余绍伟,罗杰,张明蕾,等.钛合金在航空领域的应用及其先进连接技术的相关探讨[J].内燃机与配件,2020(6):30-31.

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