飞机连接工艺课件.ppt

1/282,现代飞机装配技术,2/282,铆接螺栓连接焊接胶接电子束焊超塑性与扩散连接,4.7 飞机装配中的连接工艺,3/282,铝合金薄壁结构的飞机，铆接约占全机总连接量的80。铝合金夹层结构的飞机部件，主要采用胶接，在有的飞机上胶接夹层结构已占全机表面的70左右。有些蒙皮桁条式薄壁结构的部件，也有以接触点焊为主的，机体上的焊点数已达30万个左右。当飞机部件采用以整体壁板和整体构件为主的结构时，铆接少，螺栓连接明显增多。飞机结构中的重要承力部位，尤其是各部件之间的可卸连接，主要采用螺栓连接。对于复合材料结构，用得最多的是铆接和胶铆连接。在直升机机体上广泛应用胶接和胶螺连接，随着航空材料和飞机结构的发展更新，在飞机制造中一些新的连接方法如电子束焊、扩散连接等也已有所应用。,4/282,铆接的优点： 是应用最广泛的连接方法。其操作工艺容易掌握，铆接质量便于检查，所用设备机动灵活，能适应比较复杂和不够开敞的结构，可应用于各种不同材料之间的 连接。,4.7.1铆接,5/282,铆接方法的缺点： 在结构上既削弱了强度又增加了重量，铆缝的疲劳性能较低；铆接变形比较大；蒙皮表面不够光滑；铆缝的密封性差。 在生产上劳动强度大，工作生产率低。,6/282,如伊尔86机体主要连接形式是铆接，全机共采用148万个铆钉，其中普通铆钉占588，特种铆钉占412。无头铆钉占0.5单面铆钉占1.5环槽铆钉占8.4冠头铆钉占30.8。,7/282,铆钉连接的分类： 1）普通铆钉的连接 2）无头铆钉的干涉配合铆接 3）密封铆接 4）特种铆钉的铆接,8/282,9/282,10/282,11/282,12/282,13/282,14/282,15/282,沉头铆钉,平头铆钉,圆头铆钉,扁圆头铆钉,16/282,17/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 普通铆接是指最常用的凸头或埋头铆钉铆接，其铆接过程是：制铆钉孔，制埋头窝（对埋头铆钉而言），放铆钉，铆接。,18/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 钻孔及锪窝：,铆钉孔:直径一般比铆钉杆直径大0.10.3mm，铆钉孔的质量，除孔径的公差要求之外，对于孔的椭圆度、垂直度、孔边毛刺、粗糙度都有要求。一般铆钉孔不需铰孔，但是直径大于6mm，夹层厚度大于15mm的铆钉孔则需要。对于直径为5mm的钉孔，虽然不用铰孔，但常常先钻初孔，然后扩孔。,19/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 钻孔及锪窝：,铆钉孔的位置:一般是指边距、排距（行距）、孔距，允差一般是正负1.0mm。确定铆钉孔位置的方法有按画线钻孔，按导孔钻孔，按钻模钻孔。,20/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 钻孔及锪窝：,锪孔铆接埋头铆钉时，钻孔后要锪孔。高速飞机上蒙皮与骨架之间的连接主要用埋头铆钉。,21/282,锪窝的作用：锪窝是在保证飞机结构和紧固件在强度允许的前提下，为了改善飞机空气动力、减少飞机飞行是的阻力，采用埋头紧固件而所作的一道工序。锪窝钻飞机上经常使用的锪窝钻的角度为100度和82度，在锪窝时为保证锪窝的偏心度和偏轴度，锪窝钻上带有导向。不同的铆钉直径选用不同导向的锪窝钻。由于紧固件的不同，锪窝钻分直柄锪窝钻和锥柄锪窝钻两种：,22/282,1.直柄锪窝钻：主要用于铆钉的锪窝，不具备倒角功能，导向与铆钉直径对应。2.锥柄锪窝钻：主要用于除铆钉以外的紧固件的锪窝，如：精孔安装紧固件的锪窝，锥柄锪窝钻导向比精孔要求的最小尺寸小0.002英寸。,23/282,定深器定深器的作用：在锪窝时将锪窝钻安装在定深器上使用，我们可以调节定深器来调节埋头窝大小。,24/282,定深器的调节1.旋转定深器上的螺纹环，将定深器松开。2用两只手施加一定的力将定深器上的卡齿松开，将目视方向对准锪窝钻安装端，顺时针旋转定深器为加大埋头窝直径，逆时针方向为缩小埋头窝直径。卡齿有50格，每格的变化尺寸为0.002英寸。调整好后撤去两只手上的力，让卡齿重新卡住。3.旋紧定深器上的螺纹环，将定深器锁紧。注意：定深器需要反复的调节，每次调节都要在废板上作试验，只有埋头窝达到需要的尺寸范围内才行。对于固定好的锪窝钻我们也要在再次使用前先做试验。,25/282,锪窝操作步骤1.选择对应的锪窝钻导向尺寸和形状，将导向放入安装孔内。2.先按下风扳，再慢速推进，保证定外套端面与零件表面100%贴合。钻削时风钻使用的是慢速档，钻速为钻孔速度的1/3-1/2，钻削的施加压力大约为钻孔的2倍，钻削到无铝削飞出为止。埋头窝测量埋头量规是用来测量锪窝的直径，在使用前，我们要先校对埋头量规是否准确，校对时用标准的标明角度和大小的量块来校对，校对步骤如下：1.将埋头量规上的刻花钮向后面拉一下，使埋头量规达到最大值。2.将埋头量规的测量头放入标准块上的埋头窝内，用力按下后，拿开标准块，读出数值。看数值是否与标准块上标明的数值一致，如果相同，使用埋头量规测量埋头窝，测量方法与检验的方法相同；如果不一致，更换埋头量规，重新检验测量。埋头量规每格代表0.005英寸。注意，测量时不要旋转埋头量规，旋转会造成测量值不准确。,26/282,在曲面上锪窝时，埋头窝直径不能使用埋头量规来测量，这就需要用直尺来测量，对于不同硬度的材料来说，测量方法不同。如下图，不管曲面是凹还是凸，对于钢和钛合金材料，要测量曲面上的低点，对于铝合金材料来说，测量曲面上高点。,27/282,28/282,29/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 制孔工具设备：,风钻,自动钻锪装置,30/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 制孔工具设备：,风钻,自动钻锪装置,31/282,1）普通铆钉的连接（普通铆接） 铆接：,锤铆,压铆,32/282,锤铆,正铆是铆枪在镦头一面直接锤击钉杆，而用较重的顶铁顶住铆钉头。主要优点是，工件表面质量好，引起工件的变形较小；它的缺点是要求顶铁重，工人劳动强度大，而且铆枪要进入工件结构内，要求开敞可达。反铆则相反，铆枪在钉头一面锤击而顶铁顶住钉杆。显著优点是顶铁轻巧，一般为正铆用顶铁的1/4重，操作灵活方便，受工件结构限制较少，而且部分锤击力能促使工件紧贴消除间隙；但反铆易使工件变形，甚至造成钉头附近局部下陷。在飞机生产中广泛采用反铆法，而对于工件表面平滑度要求高的部位，应尽可能采用正铆。,33/282,实心有头铆钉铆接,34/282,常见实体（有头）铆钉类型,100度埋头,圆头,改进型圆头,120度膨胀头,用于结构区域 (非气流区域),用于结构区域 (气流区域),用于非气流区域以及需要减重的区域,常见实心有头铆钉类型和安装顺序,35/282,2.5 铆钉的选择,铆钉的直径大小选择铆钉的直径大小选择是以工程图纸上的安装要求来选择的，在选用时，我们要知道我们所用的铆钉需要什么钻头钻孔。铆钉长度的选择铆钉长度计算公式：铆钉的长度=板材的总厚度+（3/2D） 其中：D为紧固件的直径，紧固件的长度可以取相邻整数的中间值。如：4.5，表示方法为紧固件直径后带-4.5或-4-5。,36/282,依据材料的厚度来选择不同长度的铆钉，首先要用钉孔尺测量材料的厚度，测量的数据精确到1/16英寸，测量方法如图：,1英寸=0.0253999米=2.53999厘米,37/282,除特殊的铆钉之外，现在大多使用的铆钉有圆头和埋头两种，圆头铆钉适合于飞机内非空气动力需要的区域的安装，这种铆钉强度、韧度、安装性能比较好，安装比埋头铆钉方便，埋头铆钉都用在有空气动力需要或结构安装需要的地方，如：飞机外蒙皮上、托板螺母安装上都采用这种铆钉。,38/282,圆头铆钉的种类:根据埋头铆钉的材料不同，在工程图纸上用不同的代码表示，在飞机上常用的圆头铆钉有：其中：MS是美国军用标准，NAS是美国宇航标准。,镍合金:又称蒙乃尔合金，是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金。蒙乃尔合金耐腐蚀性好，呈银白色。,39/282,在工程图纸上会看到MS20470AD4的标识，它包含的信息有是：紧固件头型代码：470表示普通圆头铆钉，426表示普通埋头铆钉,40/282,飞机上使用的埋头铆钉有100度和82度埋头，他们对应着100度和82度的锪窝钻，而埋头铆钉多用在飞机上有空气动力要求的部位。埋头钉根据在安装的部位的受力情况分为抗剪头和抗拉头两种，如图：抗剪头,在飞机上常采用的抗剪头有美国国家宇航标准的埋头铆钉NAS1097和前MD公司的冠状钉S4579428.抗拉头,在飞机上常采用的抗拉头有美国国家宇航标准的埋头铆钉MS20426和前MD公司的S4579429.,41/282,标准埋头的抗剪头标号与代码NAS1097系列前MD公司抗剪头标号与代码冠状钉S4579428系列,42/282,标准埋头的抗拉头标号与代码MS20426系列前MD公司抗拉头标号与代码冠状钉S4579429系列,43/282,在操作中由于封闭环境而经常使用到的暗语有：用铆枪在结构件上轻轻的：1.敲打一下：继续铆打；2.敲打二下：完成铆打；3.敲打三下：拆除铆钉。,44/282,拆除铆钉1.选择比铆钉直径小一号的钻头，如20#铆钉用30#钻头拆。2.对准铆钉制成头的中心，给钻枪施加一定压力的情况下，用另一只手顺时针旋转钻头，得到一个钻痕。3.钻削铆钉头，深度到制成头与顶杆交接处，形成一个台阶，以便使用平底冲。4.顶铁手在墩头处用顶铁顶住结构件，防止操作者在用平底冲时造成结构变形。5.选择合适的平底冲放入到钻削好的孔中。用锤子敲击平底冲将铆钉冲出。6.检查孔是否有损伤，如有交给工程人员处理，如果没有，更换铆钉继续铆打。注意：在拆除铆钉时，第二步由于不小心钻穿孔时，要加大钻头尺寸，改用与铆钉直径相同的钻头在钻穿的铆钉上钻出一个台阶，在选用合适的平底冲冲出铆钉。,45/282,其中：冲头与拆铆钉钻头的对应关系,46/282,紧固件标识及规格,在飞机上操作时，按照工程图纸上的要求来安装紧固件，在工程图纸上，采用一种专门的“十”字符号来表示紧固件的一些基本信息，再在图纸的右上角用通用附注来注明紧固件安装的一些其它要求。“十”字符号上包含的信息如下：,47/282,1.紧固件的直径和长度的单位与紧固件的类型有关，具体数值查ZS5076260或在工程蓝图图纸上的通用附注标明。例：铆钉是以1/32英寸为单位，也就是将图上的紧固件直径41/32=4/32=1/4（英寸）得到的就是铆钉的名义直径，铆钉长度是以1/16英寸为单位的也就是将图上的紧固件长度61/16=6/16=3/8（英寸）得到的就是铆钉长度。,48/282,2.紧固件安装方向，N（英文near缩写）代表紧固件的制成头在目视的近侧，F（英文far缩写）代表紧固件的制成头在目视的远侧。3.紧固件代码包含了紧固件的头型和材料。图上的BB表示抗拉型埋头铆钉材料为铝铜合金2117。,49/282,埋头紧固件的锪窝/压窝具体见工艺规范（如方法图ZS5076260 ）或在工程蓝图图纸上的通用附注标明。,50/282,铆钉的规格：对于不同的材料的铆钉，是看铆钉制成头上的符号来识别的,51/282,52/282,定位销、工艺螺钉、工艺铆钉起到零件的夹紧作用，其位置必须在铆钉位置处。定位销的间距：曲面上不大于150mm，平面上不大于250mm。工艺螺钉，工艺螺栓等在金属表面接触处必须有非金属垫片。,53/282,铆钉排是指在相同连接夹层上连续铆接同规格的一排铆钉,54/282,55/282,56/282,超差孔,原因 - 钻孔错误或钻孔质量不佳 - 钻孔机倾斜结果 - 孔的填充性差 - 铆钉和钣金之间有间隙 - 抗疲劳寿命降低,实体铆钉安装中的问题,57/282,非垂直孔,原因 - 钻孔不垂直 - 在钻孔时材料有移动结果 材料移位 - 重新钻孔而导致超差孔,实体铆钉安装中的问题,58/282,零件间的间隙,原因 蒙皮间有外部多余物结果 -材料间有间隙 -腐蚀 -抗疲劳寿命降低,实体铆钉安装中的问题,59/282,钉头处的间隙,原因 - 导孔对于锪窝工具来说偏小 - 锪窝过深 - 超差孔结果 - 白眼现象 - 电腐蚀,实体铆钉安装中的问题,60/282,墩头扭曲,原因 - 使用的铆钉长度不合适 - 打铆钉时衬铁倾斜结果 - 安装不佳 - 抗疲劳寿命降低 - 开裂,实体铆钉安装中的问题,61/282,墩头被割伤,原因 - 衬铁使用不当结果 - 衬铁将墩头割伤- 结构强度被削弱,实体铆钉安装中的问题,62/282,斜线裂纹,原因 - 铆钉被过度驱动 结果 - 容易过早损坏 - 结构强度减弱,实体铆钉安装中的问题,63/282,麻花钻：常用于钻初孔及非精孔的钻制,麻花钻分为碳素钢和高速钢两种材料，碳素钢，钻头上的尖角根据材料的软硬也不同，具体分类如下：在钻孔时，我们对于较软的材料气钻钻速速度快，对于较硬的材料气钻钻速速度慢。扩孔钻、复合钻头、铰刀主要用于精孔的制作，他们的精度较高，特别是铰刀，我们在使用铰刀钻孔时，获得的孔安装精度最高。,64/282,钻头的选择,钻头的直径大小选择我们在钻孔时时采用步进钻孔，就是分步来钻孔，这样可以钻出孔准确的位置和大小。1.材料厚度小于或等于0.125英寸即1/8英寸时，初孔用40#钻头钻制：2.材料厚度大于0.125英寸即1/8英寸时，初孔用30#钻头钻制。常用铆钉的直径与钻头型号对应关系：,65/282,钻头长度的选择选择长度的要求是钻头越短越好，但在不同的工件长度和钻孔的位置会选择不同长度的钻头，钻头的长度包括下面几种：,66/282,夹紧工具,在钻孔时我们会使用一些加紧工具，对于工件四周范围加紧我们是使用：a.C字夹；b.SP加紧钳(规格有424)；,67/282,在工件内孔使用串心夹子，串心夹子根据形状分为a.弹簧串心夹子：使用时夹子钳，操作方便，但弹簧加紧强度不够；b. 蝶形串心夹子：用手拧紧，运用于结构开敞性差或少量孔的加紧。c.六角串心夹子：使用时用风扳机定力，运用于大量孔的加紧，加紧强度好；,68/282,常见的串心夹子在使用时有四种规格，四种规格的传心夹子对应于不同的颜色，对应关系如下：在软材料工件、薄板材料工件或则是锪窝孔上使用串心夹子时，经常使用垫圈防止夹坏工件或埋头窝。,69/282,70/282,钻孔时需注意事项,1.钻孔时采用的正确手势钻孔方法要避免钻孔时产生力偶。2.当材料间的间隙大，并且不能用两个手指之间的力来消除时，不允许钻孔。3.对于薄板材料或软材料板钻孔时，要在钻孔的背面支撑，防止材料在钻孔时变形。,71/282,钻孔后倒毛刺,钻完孔时，孔的边缘会出现毛刺，这些毛刺会划伤人，在安装时也会造成安装间隙及应力集中想象。所以在钻制好孔后，使用倒毛刺工具进行到毛刺操作。倒毛刺的工具：Weldon工具，这种工具可以直接用手动来倒毛刺，也可以安装在风扳机上使用，当在气钻上使用时，我们要使用慢速的气钻，施加的压力要小，去除量尽可能的少，切忌不能将到毛刺变成了倒角。,72/282,倒毛刺的工具：Vixen打磨块或Channel打磨块，它们是用于去除非包铝层铝合金表面（经阳极化处理或喷过底漆）表面铆钉孔上的毛刺。使用这些工具时，只能朝切削刃的方向运动，而且运动一次或两次后需将磨屑清洁掉。清洁是要轻，否则会损伤工件表面。,73/282,一架飞机所用连接件少则几十万件，多则几百万件。从减重、防腐、抗疲劳、密封、安装等方面出发，现代飞机大量采用钛合金、新型铝合金紧固件，而钛合金紧固件占螺纹紧固件的90，Ti-6Al-4V紧固件占钛合金紧固件的大多数。世界各国围绕着Ti-6Al-4V材料研制、生产出多种系列的钛紧固件产品。,74/282,在近20年中，美国研制、生产的金属结构使用的紧固件主要有高强紧固件、钛紧固件、防腐紧固件和特殊用途紧固件；着重开发复合材料结构用紧固件系统，如铆接用钛铌铆钉（钛铌实心铆钉、钛铌空尾铆钉、双金属铆钉）系列产品，轻型钛高锁螺栓，钛环槽钉及干涉钛环槽钉系统，钛合金单面螺纹抽钉、干涉抽钉、特大夹层（3.5mm）抽钉系统，用于蜂窝结构的可调预载紧固件系统，复合材料紧固件系统。很多品种已经系列化、商品化。,75/282,76/282,先进制孔技术 国外采用的先进制孔设备除数控自动钻铆机制孔外，还有机器人制孔、带激光引导的精密数控制孔中心。机器人制孔：由于机器人具有多自由度的优点，特别适合于对具有复杂外形结构的高质量制孔。它与手工制孔相比可提高效率35倍。F-16战斗机的垂尾石墨/环氧复合材料蒙皮采用机器人制孔，不仅保证了制孔质量，提高了制孔效率，还避免了石墨粉尘对操作人员的损害。,77/282,先进制孔技术 精密数控加工中心制孔：以F-22为代表的第四代战斗机部件装配采用快速装配技术，其结构设计成模块形式，给制造提出更高的要求，一是整体结构形状复杂、尺寸大；二是飞机的使用寿命长，要求制孔精度更高、质量更精细，采用了自动化激光定位的精密数控制孔中心制孔。,78/282,孔的加工 孔不仅本身要求较精确，而且相互位置准确度要求也很严格。为保证孔本身的精度，其最后尺寸往往是在表面保护后装配时才加工达到的。 传统交点孔的加工按钻模或专用镗孔夹具进行。零件加工完后，其检验按检验夹具进行的。 为了保证零件间的协调，尤其是交点与外形间的相互位置协调，这些夹具都是按照同一标准样件制造，而标准样件相互之间也必须是协调的。 对于铝合金零件，在加工完成之后要进行硬度检查与荧光检查。为消除对疲劳强度的不利影响，零件加工以后有时尚需表面抛光或喷丸强化。,锥形铣刀,精密加工中心,精密加工零件,80/282,数控加工钻孔示例,81/282,2）密封铆接 飞机在高空中飞行，气压随飞行高度增加而降低，为了使座舱内有一定的气压，保证乘座人员有适宜的工作、生活条件，舱体就必须密封； 由于飞机经常处于高温、严寒、雨淋、日晒恶劣环境中飞行，密封要求比较高。 现代飞机的机身和机翼的一部分结构形成整体油箱。对于整体油箱，要求不漏油，在高温或低温下以及各种载荷的情况下，都要保证不漏油。,82/282,83/282,自密封铆钉密封,缝内密封一般用聚硫橡胶,84/282,缝外密封和表面密封缝外密封铆接后在铆缝外涂以密封胶。,85/282,无头铆接的方法,压铆电磁铆接,86/282,压铆,压铆是利用压铆机的静压力使铆钉杆胀粗并形成镦头。优点：压铆时无噪声和振动，钉杆镦粗比较均匀，工件的铆接变形较小，连接强度比锤铆约高23。缺点：要求工件结构的开敞性铆接质量稳定，生产率高。因此生产上应尽可能多用压铆，要求提高压铆率。压铆率已作为评价铆接结构工艺性的重要指标之一。,87/282,KII-20压铆机工作过程,板件尚未调平，压铆机托架带着板件向上移动,开始调平板件,已经调平板件，准备成组压铆,上铆模下降，贴紧工件上表面,下铆模和加劲件上升，与上铆模一起夹紧工作,压铆完成，松开铆模,88/282,机身自动钻铆设备,机翼自动钻铆设备,发动机舱钻铆设备,导弹弹体钻铆设备,89/282,常见沉头铆钉的铆接过程四种沉头铆钉的铆接1.flv四种沉头铆钉的铆接2.flv,90/282,电磁铆接装置 电磁铆接可替代大功率压铆设备，进行大直径、高强铆钉的铆接；进行难成形材料、大直径及厚夹层的铆接；可以在结构上实现均匀的干涉配合连接。 电磁铆接自动化设备将高能、低重量电磁铆接动力头应用于自动钻铆机，同以液压为铆接动力的自动铆接设备相比，配置电磁铆接动力头的自动铆接设备由于不配备液压系统及用于承受铆接后座力的弓形架，可大大简化设备的结构，减少设备的重量和体积。,91/282,92/282,3）无头铆钉铆接 无头铆钉铆接，是将没有铆钉头的实心圆杆作为铆钉，如下左图所示；铆钉在压铆过程中镦粗，同时在两端形成钉头和镦头。对于埋头铆钉，再将凸出外表面的部分铣平，如下右图中(a)所示；有的无头铆钉铆成凸头，如图 (b)所示。,93/282,对铆钉的要求较高。长度有公差要求（0.25）铆钉直径取正公差（+0.05）铆钉端面和钉杆轴线的垂直度要求也较严孔、窝尺寸要求严。孔径公差为IT10IT11，当钉杆与孔的间隙超过0.25mm时就不易形成干涉配合。孔的垂直度不大于30，孔壁表面粗糙度R1.6。埋头窝采用双锥度3082 ），双锥度有利于铆钉填满埋头窝，既保证连接强度，又易于保证密封，而且又可减少压铆力。为保证铆接质量，一般都采用机械化自动铆接机进行铆接。其上、下铆模都呈凹形，以使钉杆膨胀量分布均匀。,0.25,无头铆钉铆接的特点,94/282,干涉配合铆接使钉杆均匀镦粗，对孔壁的挤压力，在整个钉孔中比较均匀，形成均匀的干涉配合，即过盈配合。改善了强度和密封性。 在外载荷作用下，由于干涉配合在孔边缘处产生的预应力，使该处切向拉应力显著降低；而且铆钉与钉孔接触面上产生较大摩擦力，承担了一部分外载荷，钉杆对孔壁的支撑作用，改善了钉孔的受力状态；再加上钉杆均匀镦粗对孔壁挤压强化。因此推迟了初始裂纹的产生，降低了细微裂纹的扩展速度，从而显著提高了铆缝的疲劳寿命,95/282,由实验表明：铆接时得到了一定的均匀干涉量（大于0.4时），才能有效地提高铆缝疲劳寿命开始时疲劳寿命随干涉量的增加而提高，当干涉量达到一定值时，疲劳寿命最高，如干涉量再增大，疲劳寿命反而降低，而且对防止铆接变形和应力腐蚀也不利。干涉量控制在原孔径的1.53时为最佳。与普通铆接相比，干涉配合铆接的疲劳寿命约可提高近5倍。,96/282,在外载荷作用下，由于干涉配合在孔边缘处产生的预应力，使该处切向拉应力显著降低；而且铆钉与钉孔接触面上产生较大摩擦力，承担了一部分外载荷，钉杆对孔壁的支撑作用，改善了钉孔的受力状态；再加上钉杆均匀镦粗对孔壁挤压强化。因此推迟了初始裂纹的产生，降低了细微裂纹的扩展速度，从而显著提高了铆缝的疲劳寿命。,97/282,98/282,拉丝抽芯铆钉,鼓包抽芯铆钉,螺纹实心、空心铆钉,99/282,4）特种铆钉的铆接,（1）单面铆接的铆钉（2）高抗剪的铆钉（3）环槽铆钉（4）钛合金铆钉,100/282,（1）单面铆接的铆钉,抽芯铆钉由空心钉套和芯杆两部分组成。用手动抽钉钳或气动抽钉枪拉动芯杆，使铆钉胀粗形成镦头 芯杆易从钉套中脱落，铆缝强度低，只适用于非主要受力部位的封闭结构上 鼓包型抽芯铆钉 由芯杆、钉套和锁圈组成钉套胀粗时尾端失稳，压成鼓包形成镦头，然后挤入锁圈卡紧芯杆不易脱落，但钉套未充分胀粗。,101/282,（1）单面铆接的铆钉（续）,螺纹空心铆钉 钉杆尾端带有螺纹，用拉钉枪拉铆时，非螺纹的薄壁部分失稳折皱，形成镦头。根据需要可在空心钉杆中拧入螺钉 。,拉丝型抽芯铆钉 在钉套拉铆胀粗的同时，芯杆尾端圆柱体直径略有缩减（即拉丝），使铆钉和钉孔之间形成干涉配合，铆缝强度较好，但对钉孔的要求高，必须铰孔。,102/282,（1）单面铆接的铆钉（续）,单面高抗剪铆钉由螺钉、带内螺纹钉套（螺帽）和变形环组成用铆接工具夹住螺钉并压紧螺帽，工具旋转螺钉跟着向上移动，迫使变形环沿螺帽尾锥面上滑开始胀粗，压紧工件最后工具扭断螺钉。强度较高，操作方便爆炸铆钉铆钉杆内装填炸药，铆接时把电加热器用力压在铆钉头上，引爆后使钉杆胀粗形成镦头,103/282,（1）单面铆接的铆钉（续）,在机体结构中采用单面铆钉的铆缝，必须考虑由专用工具安装铆钉的通路要求。单面铆接的技术经济性低于普通铆钉的铆接，以铆钉直径和数量都相同的条件进行比较，单面铆接的剪切和拉脱强度比普通铆接低2035，其强度的稳定性只有普通铆接的1/21/4，但其成本却比普通铆缝高23倍。尽管这样，为适应结构封闭部位的需求，以及减轻锤铆工作量，即使在比较开敞的结构部位有时也适当采用单面铆接的铆钉，可见单面铆接的铆缝在铆接结构中已占有一定地位。,104/282,（2）高抗剪铆钉,由钉杆和环套（钉帽）组成。用于承受大剪力的铆缝，可取代钢铆钉，也可代替螺栓。如在梁、加强肋、隔框等结构中，用高抗剪铆钉代替螺栓。与螺栓相比，它们的剪切强度相等，而重量轻、价格低、铆缝质量稳定、安装铆接方便、生产率较高等优点。工艺特点：铆钉不镦粗，因此采用高强度合金钢的钉杆；对钉孔要求高，钻孔后需铰孔（或拉削），甚至对孔壁强化处理；铆接主要是使环套变形，嵌入钉杆细颈内，一般用正铆法或压铆法,105/282,（3）环槽铆钉,又称虎克铆钉、螺栓铆钉。由钉杆和钉套（钉帽）组成，经拉铆后，钉套被紧挤入实心钉杆的环槽内，形成紧固连接，能取代螺栓的作用，也可代替钢铆钉的铆接。如整体壁板、舱门边框、加强支臂等重要部位的对接缝处，可选用环槽铆钉。分类：以环槽数量的多少分为抗拉型（四条环槽以上）和抗剪型（两条）铆接方法不同又可分为拉铆型（钉杆带有尾杆）和镦铆型（无尾杆）,106/282,环槽铆钉锤铆过程,环槽铆钉拉铆过程,钉套（钉帽）,107/282,（4）钛合金铆钉,优点：良好的热强度、断裂韧性和耐腐蚀性。缺点：冷加工性（冷铆效果）差，钉杆镦粗量小，不易填满钉孔和形成镦头，而且还易产生裂纹。材料价格和加工费都比铝合金高得多，铆接方法：加热锤铆法（一般不宜采用锤铆法），如TB2在700度以上塑性好，容易形成镦头。加热压铆。可以在点焊机（电阻焊）上进行，由电极与铆钉之间的接触电阻产生所需的热量，在压力作用下形成镦头,108/282,5）自动铆接 飞机结构所承载荷通过连接部位传递，形成连接处应力集中。据统计，飞机机体疲劳失效事故的70起因于结构连接部位，其中80的疲劳裂纹发生于连接孔处，因此连接质量极大地影响着飞机的寿命。现代飞机的安全使用寿命要求日益增长，军机寿命、干线飞机寿命分别要求达到8000，50000飞行小时以上，而手工铆接难以保证寿命要求，必须采用自动钻铆装配设备实现稳定的高质量的连接。 铆接的机械化和自动化，是铆接技术发展的必然趋势。铆接机械化、自动化，不仅能够提高劳动生产率，减轻劳动强度，改善劳动条件，更重要的是，能显著提高铆接质量，这对于直径为6毫米以上的铆钉，显得尤为突出。,109/282,自动钻铆装配设备,110/282,铆接机铆接的原理是通过铆头与工件的挤压产生所需的变形。其挤压过程与普通的冲压、滚压过程有较大区别。普通方法为强力瞬间变形，这就要求设备的吨位要大、铆件结构要进行改进来提高抗不良变形的能力。而铆接变形基本原理在于，铆头轴线与铆钉轴线成3度夹角，铆头铆接时，铆头与铆钉的接触是一个点，在压力作用下接触点开始变形，然后通过铆头的摆辗运动使运动轨迹上的每一点逐点变形，从而将变形扩展到整个铆钉端面。,111/282,发达国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆机的配置向由多台数控自动钻铆机、托架系统配置或由自动钻铆设备和带视觉系统的机器人、大型龙门机器人、专用柔性工艺装备及坐标测量机等多种设备、不同配置组成的的柔性自动装配系统发展。 自动钻铆系统：美国、俄罗斯、法国、德国等国家发展的系列化钻铆机，有中小型钻铆机、大型自动钻铆机、安装特种紧固件的钻铆机和微型自动钻铆机。,112/282,机械手或机器人在铆接装配中的应用： 采用自动机器人装配系统可实现对不开敞、难加工部位的装配。工业机械手-机器人作为柔性装配系统中一个不可分割的部分，能有效提高装配效率和装配质量，降低装配成本。在F-16，F/A-18，C-130等飞机装配中机器人工作单元主要用于装配系统中工件的输送、定位、制孔和装配。,113/282,4.7.2 螺栓连接,114/282,4.7.2 螺栓连接,飞机上的螺栓接头可分为两种类型：受力接头：承受或传递空气动力、操纵力、冲击力或加速度引起的比较大的载荷以及连接比较厚的工件它主要是承受剪力或拉头的连接，段件之间的连接，蒙皮与部件骨架的连接以及骨架重要受力部位的连接等，都采用螺接。这一类螺栓在现代轻型飞机上约有5万多件，重型飞机上多达40万件。非受力接头（或只受很小的力）：主要起连接固定作用如各种仪表、，设备、电缆、导管和它们的支持件之间的连接，以及各种大小口盖，整流包皮和蒙皮之间的连接等，也大多采用螺接。,115/282,螺纹连接优缺点,螺栓连接的优点：承力（拉力、剪力）可卸螺栓连接的缺点：较重螺栓连接是飞机机体上广泛采用的一种可卸连接。特别是随着整体壁板的大量应用，螺栓连接比以前应用的更为广泛。工艺过程：制孔、上紧螺栓、锁紧保险,116/282,螺栓连接的主要工艺过程是；制孔、上紧螺栓、锁紧保险。主要部位的受力螺栓通常要求二级或三级精度，对这些孔必须在钻孔后再铰孔或拉孔才能达到精度要求。除了提高螺栓和孔的精度和光洁度以外，必要时还用孔的挤压强化和干涉配合方法，以提高螺栓连接的疲劳寿命。,117/282,对主要受力螺栓，预紧力的控制有严格要求，一般需用定力扳手操作。在受拉螺栓接头中，拧紧螺栓是十分重要的工序，预紧力决定了该接头的工作能力，要求预紧力应大于该结构承受的外力，否则外力将使接头脱开和结构破坏。在承剪接头中，预紧力也在很大程度上决定了连接质量，预紧力能保证连接元件充分贴紧和使用中受力均匀，如预紧力不足，外载荷将完全由螺栓传递，螺栓孔边缘应力集中严重恶化，导致接头过早破坏为避免螺栓在使用中可能松脱，以及保证必要的抗振寿命，必须采取锁紧保险措施，常用的有冲点、开口销、保险金属丝、弹簧垫圈、挡块以及双螺母、高锁螺母、锁紧螺母等。,118/282,在飞机结构上的螺栓连接件中，除应用一般的普通螺栓外，对于抗疲劳要求高的结构部位，还可使用高锁螺栓和锥形螺栓。如波音747，DC10、P15等飞机的主承力结构部位上都有所应用。波音747上有高锁螺栓4万件、锥形螺栓7万件。F15机身中段隔框的两半部连接也用锥形螺栓，以确保振动时不致松动，高锁螺栓是利用螺栓的过盈量与孔造成的干涉配合和较高的预紧力的组合作用来提高接头的疲劳强度。它是有自锁能力的抗剪连接件，由螺栓和特种双螺母组成。双螺母上部为工艺螺母，拧紧时自行断掉，用以控制拧紧力矩，而无须用定力扳手。锥形螺栓是利用螺栓与孔的一定锥度（1/48），安装后形成干涉配合，从而提高接头的疲劳寿命。与其它干涉配合的连接件比较，锥形螺栓所形成的干涉量最均匀，疲劳寿命也 最高。,119/282,120/282,钛合金高锁螺栓及高温合金高锁螺母是美国Hishear公司首次研发并投入到飞机的使用中，并随着飞机的发展而不断研发出新的产品，目前世界主流飞机普遍使用Hi-Lite高锁螺栓，即HST系列产品，较之前一代HiLok产品平均减重8以上，对飞机的减重效果意义重大。,121/282,122/282,目前世界排名前三位的航空航天紧固件制造商为美国SPS标准件集团公司、法国Lisi公司及美国Alcoa紧固件系统公司三家，专为波音、空客及其它航空航天企业配套紧固件产品。这3家公司在全球航空航天紧固件领域处于领先地位，其集团下属的Hi-shear公司、SPS Technologies、Air Industries、Fairchild等子公司，就是专业生产高锁紧固件的厂家，其生产的如HL、HST、VL、AL等一系列的高锁紧固件型号，直规格可以从0112英寸一直延伸到15英寸，几乎囊括了全球所有高锁紧固件的生产。,123/282,高锁螺栓与高锁螺母的连接有以下几方面的优点： a装配时已设置好螺母的拧紧力矩 由于高锁螺母的拧断槽设计，使得高锁螺栓与高锁螺母在装配时不需要人为设定拧紧力矩，操作工人只需使用气动工具将螺母拧断即可，不仅节省大量的装配工时，而且保证部件上数量众多的高锁紧固件能达到相同的预紧力，不会造成单独连接的应力集中，从而有利于部件的载荷分布、增加部件的疲劳寿命。 b自锁性能良好 高锁螺母具备普通自锁螺母的所有性能，包括抗拉、防振等，特别在自锁性能方面，同样采用椭圆的收口技术，装配时能产生较好的自锁能力。 c具备较高的疲劳性能 由于高锁螺栓头部支撑面和头下圆角采用了冷滚工艺进行冷作强化，改进了螺纹的退刀槽，降低了螺纹收尾处的应力集中，并且整个螺栓采用镦制成型，保持了完整的纤维流线，从而使其具备了较高的抗疲劳性能。 d重量减轻,124/282,e 单面安装 高锁螺栓装入被连接件的孔内，拧上高锁螺母并将安装工具的六角芯棒插入螺栓内六方孔，以防止螺栓的转动，同时将工具的内六角套筒套上螺母工艺部分六角体进行旋转操作，直至拧断槽断裂，完成安装。所有的装配工作可在被连接件的同一面完成，因此，可实现不开敞部位的安装。 f 能适用于施工通路不好的结构部位 由于高锁螺栓钉杆尾部内六方孔的特殊设计，使得高锁紧固件的装配必须由专用的气动或液压工具实施，也正因为此，国外相应厂家研制了各种构型的装配工具，以便胜任各种不开敞的结构部位，使得飞机装配现场，特别是航空公司对飞机的维修工作中，大大降低了工作难度。,125/282,关键特性的选择与产品的特定工程性能有关。高锁紧固件为平头抗拉型螺栓及螺母，在飞机装配时采用干涉配合连接，要求螺栓钉杆的精度较高，因此，将螺栓的光杆直径D及滚螺纹前的螺纹段直径D1定义为关键特性(KC)，其中，直径D的范围为O.18900.1895英寸，D1的范围为O.1810O.1840英寸。,126/282,机翼与机身的连接,127/282,机翼与机身的连接,128/282,129/282,130/282,131/282,机翼与机身的连接,132/282,机翼与机身的连接连接接头的几种形式,133/282,机身设计分离面处的对接,134/282,4.7.3 胶接技术,胶接技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构。胶接结构重量轻，密封性能好，抗声振和颤振的性能突出。胶层能阻止裂纹的扩展，具有优异的疲劳性能，此外胶接结构制造成本和维修成本低。胶接、蜂窝胶接结构及金属层板结构在大型飞机上的应用前途宽广。,135/282,胶接原理： 利用胶粘剂本身产生的内聚力以及胶粘剂与被胶零件之间产生的粘附力将两个零件牢固地连接在一起。,136/282,金属胶接优点：所形成的胶缝是连续的，应力分布均匀，耐疲劳性较好，一般说疲劳寿命可比铆接或点焊提高10倍左右。胶接未削弱基本金属的强度，也无铆钉头等的多余材料，它的结构效率较高。胶缝表面光滑，没有铆钉头的凸起或点焊的凹陷，结构变形又较小，因而气动性能好。胶缝本身具有良好的密封性，适用于各种不同材料的连接（金属与金属、金属与非金属）以及厚度不等的多层结构的连接。,137/282,胶接的缺点：胶接的不均匀扯离强度（剥离强度）差胶接质量不够稳定，要求严格控制工艺过程和工作环境才能保证，又不易直接检验判断；胶粘剂还存在老化问题，致使胶接强度降低。在构件投入使用后受应力环境作用，胶接接头还容易发生腐蚀、分层破坏，暴露了胶接结构不耐久的致命弱点耐久胶接结构已成为明显的发展趋势,138/282,应用：起初用于蒙皮与桁条的连接后来主要广泛应用于蜂窝夹层结构和泡沫夹层结构上 现代各种直升机的旋翼桨叶，几乎无例外地采用胶接结构,139/282,全金属胶接结构制造技术 英国在1946年采用全金属胶接技术制造了世界上第一架有铝合金胶接结构的鸽子号（Dove）支线客机，随后在很多支线客机上得到推广应用。1978年投产的BAe-146客机大量采用了胶接结构，到1986年BAe-146飞机已安全飞行了120000h。美国生产的L-1011飞机的增压客舱全部采用了大型的胶接整体壁板，机身增压舱直径大部分为6m，全长46m，由5个筒形舱组成，划分为27块大型胶接壁板。全金属胶接技术在L1011飞机上得到了充分发挥。进入80年代后，波音757，767客机也都采用大量的钣金胶接结构。,140/282,全金属胶接结构,141/282,蜂窝夹层胶接结构技术 金属蜂窝夹层胶接结构大量应用于飞机结构始于美国，美国研制的B-58轰炸机，蜂窝夹层胶接结构占机体表面积的85，比铆接结构减重30。,自动蜂窝涂胶机,耐久型蜂窝,142/282,143/282,144/282,金属复合层板胶接技术 利用胶接技术将各向同性的铝合金（含铝锂合金）薄板与各向异性的纤维复合材料结合起来，可以得到兼具二者优点、并克服各自缺点的新型结构材料纤维铝合金复合层板胶接结构，基于芳纶纤维的复合层板称为ARALL结构，基于玻璃纤维的复合层板称为GLARE结构。,145/282,金属复合层板有以下特点： 疲劳性能好、损伤容限高、剩余强度高，从而可减少蒙皮的厚度，因此可比同类铝合金结构重量轻2333。 降低制