1 问题概述
一架某型飞机空中编队飞行后，发现发动机下罩上的发动机舱检查口盖一处螺钉锁扣处弹开，检查发现锁螺钉能在安装孔中自由通过，孔径偏大。
2 问题定位
口盖蒙皮材料LY12-M，厚度为0.8mm，通过在Φ10mm孔处安装镶圈和锁螺钉与口框相连。对返厂的故障件进行测量，锁螺钉弹开处的口盖孔径为Φ13.82mm，与设计要求Φ10不符；锁螺钉头直径为Φ13.77mm，符合标准要求14h14，镶圈在口盖外侧处翻边断裂。
上述测量情况反映，发动机下罩上的发动机舱检查口盖锁螺钉锁扣处弹开定位为锁螺钉孔大导致的故障。
3 机理分析
3.1 故障孔形貌分析
通过理化测试对故障件口盖蒙皮硬度、孔位周圈晶像进行检查，结果显示蒙皮硬度值正常；孔周圈可见金属光泽和加工痕迹，未见阳极化模，未见疲劳等裂纹扩展痕迹。表明故障偏大孔为零件阳极化之后经机械加工产生。
3.2 故障孔成形工具模拟比对
通过在与故障口盖蒙皮零件的材料及厚度一致的工艺蒙皮上分别采用钻头、圆锥铣刀和蒙皮锪钻进行制孔，然后将试件提供给理化测试。理化测试结果表明，上述3个孔与故障件孔比对的形貌均有不一致之处，相对来说故障件孔与锪孔较相似，由于故障件孔内壁在使用过程中与配套螺钉和空心铆钉存在轴向运动摩擦，不排除故障件孔为锪孔的可能。根据故障描述，口盖上偏大孔孔径为Φ13.82mm，必须采用Φ13.8mm的蒙皮锪钻。经查车间仅有Φ13.5mm蒙皮锪钻，无法通过Φ13.5mm锪钻制出和故障件孔一样的Φ13.82mm孔。
3.3 孔开大后安装锁螺钉模拟比对
为了复现孔偏大后安装镶圈锁螺钉的效果，进行了不同孔径安装镶圈和锁螺钉的试验，采用模拟对比法确定不同孔径下锁螺钉成形效果差异。在铝板上制出Φ10mm、Φ11mm、Φ12mm、Φ13mm、Φ14mm、Φ15mm孔，并按照正常工艺流程在上述六组蒙皮孔上逐个安装镶圈和锁螺钉。观察发现从Φ13mm、Φ14mm、Φ15mm孔处钉头一侧目视存在偏心见光，Φ15mm孔处锁螺钉和镶圈轻碰即脱落，Φ14mm孔处锁螺钉和镶圈用手轻扯能够扯脱落，Φ13mm孔处锁螺钉和镶圈用手斜扯能扯脱落，说明镶圈未与口盖蒙皮实现牢靠接触固定，进而无法确保口盖可靠安装。另通过观察，大于Φ13mm的孔处的锁螺钉和镶圈安装后的镶圈偏心见光及压接不牢靠等缺陷，很容通过目视从外表面被发现。
镶圈成形原理系通过冲压，使得镶圈成型后能够与口盖蒙皮孔边缘形成三层压接结构（镶圈外翻边、口盖蒙皮孔边缘、镶圈内翻边），且具有一定的压接量。通过进一步分解试验件Φ14mm孔的镶圈发现，镶圈内外侧翻边由中心向外圆边缘几乎完全被冲压成扁平状（仅外侧与口盖孔搭压边缘处有少量翘起），与故障件镶圈成型后内外侧翻边过渡部位呈圆弧状不一致。
当口盖蒙皮孔径达到Φ14mm安装锁螺钉时，因镶圈成形前最大外径为Φ13mm，能够自由从蒙皮孔内通过。为了保证镶圈不从口盖蒙皮孔内轻易脱落，则必须通过偏心安装来确保镶圈沿某一直径方向上的压接量，这样就势必会导致口盖蒙皮孔只有局部边缘能够被镶圈翻边所覆盖，按此状态分析，口盖蒙皮孔局部被镶圈外侧翻边遮盖处应该呈现锌黄底漆色，这与故障件孔周圈实际均为蓝色机体面漆完整覆盖的状态所不一致。
通过上述分析可以推断，在口盖蒙皮开孔至Φ14mm后，一方面无法实现镶圈及锁螺钉的正常安装；如强行在偏心状态下安装镶圈及锁螺钉，则安装后的口盖蒙皮孔边缘喷漆状态也与故障件实际的镶圈形状、漆层覆盖状态不一致。即Φ13.82mm故障孔不应是在镶圈、锁螺钉安装前形成。
3.4 锁螺钉安装后拉通口盖蒙皮可能性分析
操作工人在镶圈成型过程中所采用的榔头为铁榔头，且最后成形过程中锁螺钉钉头支撑端采用的是平面顶块，这与工艺规程中要求采用与锁螺钉头一致的凹形顶模不一致。这会导致蒙皮口盖孔边缘在镶圈冲压成型过程中由于钉头的顶撑作用而处于悬空状态，进一步导致镶圈在冲压成形过程中，冲击力度较大的情况下，锁螺钉边缘会对蒙皮口盖孔下表面边缘处形成一个冲切载荷，另外锁螺钉材料为30CrMnSiA，口盖蒙皮材料为LY12-M，综合因素作用下，冲切载荷对口盖蒙皮边缘造成了圆形切伤。
正常镶圈成形后的翻边厚度应为0.6mm左右，通过对故障件断裂的镶圈进行分析，镶圈（材料：LY12-M）外侧翻边厚度减薄至0.2mm，内侧翻边未出现厚度减薄情况，故推断故障件镶圈外侧翻边应是在持续受锁螺钉头部挤压且振动磨损情况下逐渐减薄。
对比故障口盖锁螺钉孔损伤情况发现，在发动机罩振动情况下，锁螺钉钉头下表面对镶圈外侧翻边产生了振动挤压效应，对口盖蒙皮边缘产生了振动剪切效应，但是实物状态来看，目前尚未完全穿透，处于半拉通状态。按此趋势发展，再经过若干架次的飞行将会完全穿透。经测量，未拉通残余口盖蒙皮厚度为0.36mm（正常蒙皮厚度0.8mm），已拉通部分呈规则圆，圆孔径Φ14.4mm～14.8mm，镶圈外侧翻边已经缺损。
3.5问题复现
在铝皮Φ10mm孔上安装镶圈和锁螺钉，操作人员通过采用铁榔头强力敲击镶圈成形冲子对镶圈进行成形，结果在口盖蒙皮上形成了明显的切痕，基本能够复现切伤裂纹情况。
通过锁螺钉对蒙皮切伤裂纹处进行拉扯后外表蒙皮孔呈规则圆形，但内侧蒙皮出现拉扯后的不规则圆形。因无法模拟发动机连续高频振动环境，从而无法100%复现蒙皮被完整拉通的工况和状态。
4 结论
综上分析，该架飞机发动机下罩检查口盖锁螺钉弹开问题，直接原因是由于口盖蒙皮孔变大导致口盖蒙皮与锁螺钉脱离，在失去连接作用的状态下与机体弹开。
在镶圈和锁螺钉在成形安装过程中，操作人员使用铁榔头敲击锁螺钉钉头冲击成形，且未按照工艺规程采用专门的锁螺钉凹形顶块，使得口盖蒙皮孔边缘处形成初始切伤缺陷。锁螺钉上锁后，在上锁拉紧力作用和发动机区域高强度振动环境下，钉头（钢）与镶圈（铝）、口盖蒙皮（铝）之间产生高频振动摩擦，钉头对镶圈、口盖蒙皮产生“锪钻”效应，致使镶圈和口盖蒙皮逐渐磨薄，当口盖蒙皮磨薄至一定程度时，在上锁拉紧力作用下，锁螺钉头将剩余的薄蒙皮完全剪切掉，在口盖蒙皮上形成了和锁螺钉头直径一样大的孔，导致锁螺钉和镶圈同时从口盖蒙皮孔内脱开。
5 纠正预防措施
对所有飞机发动机下罩检查口盖的镶圈成型情况进行检查，对发现问题的口盖修理或更换新件。
针对镶圈成形力度过大容易对蒙皮产生损伤的问题，组织工艺人员修订关于云形锁衬套安装工艺，使用工具中的榔头明确为木制榔头，镶圈安装后增加对蒙皮不允许出现下陷或切痕的检查要求。组织生产操作人员学习更改后的工艺流程，规范操作要求。按照云形锁衬套安装工艺中工具使用形状，定制与锁螺钉匹配的凹形顶模，用于保护和支撑锁螺钉头，进一步降低锁螺钉头损伤口盖蒙皮的风险。
作者简介：姓名：杨猛 (1978.7--) 性别 男，陕西省商洛市人，学历，本科 专业：飞行器制造工程。