膜片裝配孔裂紋原因分析及改進(jìn)措施

王志強(qiáng)

(沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，遼寧 沈陽 110850)

膜片裝配孔裂紋原因分析及改進(jìn)措施

王志強(qiáng)

(沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，遼寧 沈陽 110850)

介紹了某型飛機(jī)蓄壓油箱膜片結(jié)構(gòu)及其使用方法，對(duì)膜片在裝配過程中出現(xiàn)的裝配孔裂紋原因進(jìn)行了分析，從裝配壓力(扭矩)的影響，膜片結(jié)構(gòu)對(duì)油箱密封性的影響，以及引起裝配壓力改變的關(guān)系等方面，找到了結(jié)構(gòu)影響的關(guān)鍵因素，制定并實(shí)施了結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，解決了蓄壓油箱膜片裝配孔裂紋缺陷，保證了蓄壓油箱的裝配質(zhì)量。

膜片；扭矩；搭接邊；密封；裂紋

某型飛機(jī)蓄壓油箱內(nèi)裝配2件對(duì)合的膜片，將氣腔和油腔分開，飛機(jī)倒飛時(shí)靠氣腔內(nèi)的壓力將油腔內(nèi)的燃油供給飛機(jī)[1]。由此可見，蓄壓油箱需要密封，膜片質(zhì)量要可靠。生產(chǎn)中，蓄壓油箱膜片發(fā)生過裝配孔裂紋缺陷，影響了蓄壓油箱的質(zhì)量；因此，應(yīng)找出使蓄壓油箱膜片產(chǎn)生裂紋的原因，并予以解決。

1 蓄壓油箱膜片結(jié)構(gòu)

某型飛機(jī)蓄壓油箱膜片屬于囊狀結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。膜片載體為錦絲綢布，在錦絲綢布上依次雙面涂底膠和面膠，硫化后成為膜片囊體，再用膠粘劑將橡膠密封墊粘接在膜片囊體一面邊緣，即成為蓄壓油箱膜片。使用時(shí)，將2件膜片對(duì)合在一起，粘接密封墊的一側(cè)在外。應(yīng)在與油箱殼體對(duì)應(yīng)位置的膜片上加工出70個(gè)φ5.2 mm的孔，通過螺栓聯(lián)接，將膜片裝配在蓄壓油箱內(nèi)。蓄壓油箱一側(cè)為油腔，另一側(cè)為氣腔，由2件對(duì)在一起的膜片將油腔和氣腔分開。

圖1 蓄壓油箱膜片結(jié)構(gòu)圖

2 問題現(xiàn)象

生產(chǎn)中，對(duì)某批次膠料生產(chǎn)的蓄壓油箱膜片進(jìn)行批次例行壽命試驗(yàn)，分解油箱后發(fā)現(xiàn)，膜片裝配孔出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象；再加倍進(jìn)行壽命試驗(yàn)，并將油箱分解后檢查，膜片裝配孔仍然存在裂紋問題。膜片裝配孔裂紋如圖2所示。依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件規(guī)定，判定本批膜片未通過例行壽命試驗(yàn)。

圖2 膜片裝配孔裂紋

3 原因分析

3.1 裝配壓力的影響

膜片在蓄壓油箱中的裝配形式如圖3所示。將膜片放入上、下2個(gè)油箱殼體中，油箱殼體法蘭邊沿周均布70個(gè)φ6 mm孔，膜片沿周通過螺栓及壓板均勻加壓，安裝在油箱中。按機(jī)械裝配技術(shù)的分析，蓄壓油箱裝配后，在螺栓預(yù)緊力的作用下，膜片裝配孔附近將要承受壓力載荷，此載荷不應(yīng)超過膜片的許用值。膜片壓縮強(qiáng)度與螺栓預(yù)緊力的關(guān)系為：

N=dfΣt

(1)

式中，N是膜片的壓縮強(qiáng)度；d是螺栓桿直徑；Σt是被壓膜片的較小厚度；f是螺栓預(yù)緊力。

圖3 蓄壓油箱膜片裝配示意圖

在蓄壓油箱裝配過程中，螺栓的預(yù)緊力是通過旋轉(zhuǎn)螺母，使壓板、油箱殼體法蘭邊壓緊膜片后的反作用力獲得。對(duì)螺母的旋轉(zhuǎn)扭矩增大，螺栓受到的預(yù)緊拉力也增大，從而對(duì)膜片的壓力也增大。扭矩與壓力的關(guān)系為：

T=KdP

(2)

式中，T是裝配扭矩；K是扭矩系數(shù)，由試驗(yàn)測(cè)定；d是螺栓桿直徑；P是裝配壓力。

上述關(guān)系式僅作為理論分析，實(shí)際生產(chǎn)中，扭矩系數(shù)變化很大，這與螺栓螺紋加工精度、螺母表面與墊圈的表面粗糙度以及螺母與螺栓嚙合的匹配狀態(tài)等都有緊密的聯(lián)系[2]。一般工程上都是通過反復(fù)試驗(yàn)確定合適的扭矩，該扭矩應(yīng)達(dá)到既保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全可靠，又不能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失效破壞。

對(duì)于蓄壓油箱這一具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)裝配扭矩的要求是既要保證油箱的密封性，又要保持膜片等結(jié)構(gòu)件不受到損壞。通過試驗(yàn)得出，適宜的裝配扭矩是5.88+0.2N·m。低于這個(gè)扭矩(試驗(yàn)中曾使用自制限力扳手，扭矩是4.9 N·m)裝配的油箱，氣密試驗(yàn)發(fā)生泄漏,而對(duì)加倍例行壽命試驗(yàn)裝配過程觀察，出現(xiàn)膜片裝配孔裂紋的區(qū)域，裝配扭矩>7.8 N·m；由此得出，膜片裂紋是由裝配時(shí)的壓力過大引起。

3.2 結(jié)構(gòu)因素的影響

在限定扭矩5.88+0.2N·m的裝配壓力下裝配的蓄壓油箱，進(jìn)行氣密試驗(yàn)檢查時(shí)，有時(shí)在膜片密封墊的搭接處出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。油箱是不能泄漏的，為了保證其密封性，加大了對(duì)螺栓的擰緊力矩，從而對(duì)膜片的壓力加大，當(dāng)壓力超過膜片的承載能力時(shí)，膜片壓裂，裝配孔處出現(xiàn)裂紋。

膜片密封墊搭接邊處氣密試驗(yàn)發(fā)生泄漏，是因?yàn)榇罱舆吘壨黄鹱兒?，使得密封墊不光滑平整，影響了密封效果。特別是2個(gè)膜片疊裝在一起，當(dāng)2個(gè)膜片的密封墊搭接邊位置完全重合時(shí)，如果搭接處突起達(dá)到0.2 mm，密封墊搭接邊緣突起則成倍增加達(dá)到0.4 mm，雙面的搭接不平，更加不利于蓄壓油箱的裝配密封。

由于密封墊搭接邊平整度不好，可影響蓄壓油箱的密封性能，因此在膜片生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)提高密封墊搭接邊的平整度，以改善蓄壓油箱的密封性。然而，這僅僅是理論上可行的措施，實(shí)際生產(chǎn)中很難達(dá)到。因?yàn)槊芊鈮|的厚度只有0.8 mm，其本身是柔軟的橡膠材質(zhì)，不能像剛性體材料那樣加工成斜面，并且尖點(diǎn)厚度尺寸為0，因此，可以說，在目前的設(shè)計(jì)要求和工藝水平下，密封墊搭接邊厚度突變和不平是不可避免。密封墊搭接邊理論要求如圖4所示，密封墊搭接邊實(shí)際狀態(tài)如圖5所示。

圖5 密封墊搭接邊實(shí)際狀態(tài)示意圖

4 改進(jìn)措施

查看膜片結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)要求密封墊搭接處在440 mm的直線段，密封墊短邊只有290 mm，如圖6所示。生產(chǎn)中將短邊置于440 mm的直段中部，這樣每邊距圓弧切點(diǎn)約75 mm。如果將搭接邊位置沿周向一個(gè)方向移動(dòng)40 mm，搭接邊位置也不會(huì)超過圓弧切點(diǎn)，如圖7所示。膜片在蓄壓油箱內(nèi)裝配時(shí)，是2件對(duì)合裝配，每個(gè)膜片搭接邊位置移動(dòng)40 mm，2件對(duì)合，方向相反，等于搭接邊位置移動(dòng)80 mm，這樣，2個(gè)膜片的密封墊搭接邊不再重合，緩解了2個(gè)密封墊搭接邊厚度突變對(duì)油箱密封性能的影響。

圖6 膜片墊片搭接邊示意圖

圖7 墊片搭接邊移動(dòng)示意圖

經(jīng)過上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)的膜片，在油箱內(nèi)2件膜片對(duì)合裝配時(shí)，密封墊片整個(gè)搭接邊位置完全錯(cuò)開，大大改善了蓄壓油箱的裝配密封性能；同時(shí)，由于不需通過加大裝配扭矩來滿足密封要求，蓄壓油箱膜片的裝配孔也不再因?yàn)檠b配壓力大而產(chǎn)生裂紋，解決了困擾生產(chǎn)多年的膜片裝配孔裂紋問題。

5 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)裝配扭矩及膜片結(jié)構(gòu)的分析，找到了膜片裝配孔裂紋的原因，并制定了改進(jìn)措施。改進(jìn)措施已納入工藝規(guī)程，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，在油箱內(nèi)2件膜片對(duì)合裝配時(shí)，密封墊整個(gè)搭接邊位置完全錯(cuò)開，不再重合，大大改善了蓄壓油箱的裝配密封性能，裝配扭矩不需加大，完全滿足密封要求，解決了困擾生產(chǎn)多年的膜片裝配孔裂紋問題。

[1] 李玲，孫文勝，高鵬.某型飛機(jī)液壓油箱常見故障分析和預(yù)防[J]. 新技術(shù)新工藝, 2014(2):122-124.

[2] 徐春艷.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].2版. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

責(zé)任編輯馬彤

AnalysisandImprovementofAssemblyHolesCrackofDiaphragm

WANG Zhiqiang

(Senyang Aircraft Corporation Process Planning，Senyang 110850, China)

The structure and the using method of the diaphragm for an aircraft accumulator fuel tank were described, and the reason of the assembly holes crack appearing in the assembly process was analyzed. The key factor which affected the structure was found by researching the assembly pressure, the effect of the diaphragm structure to the fuel tank sealing and the relationship of them who aroused the change of the assembly press. At last, the improvement which resolved the assembly holes crack bugs on the diaphragm of the accumulator fuel tank and ensured the assembly quality of the accumulator fuel tank was constituted and implemented.

diaphragm, torsion, lap border, seal, crack

TB 42

：A

王志強(qiáng)(1958-)，男，高級(jí)工程師，主要從事非金屬工藝等方面的研究。

2014-09-09