大底腳螺紋抽釘鉚接工藝研究

摘 要：文章論述一種單面連接緊固件大底腳螺紋抽釘鉚接工藝過(guò)程及要求，并對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的鉚接缺陷進(jìn)行了總結(jié)。著重從裝配工藝方面分析產(chǎn)生的原因，通過(guò)采取相應(yīng)的措施，降低了螺紋抽釘鉚接的故障率。

關(guān)鍵詞：大底腳；螺紋抽釘；夾層厚度；斷頸槽；墩頭

1 概述

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料在航空及航天的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在現(xiàn)今飛機(jī)生產(chǎn)中，復(fù)合材料裝配占據(jù)了重要位置。為了解決生產(chǎn)中復(fù)合材料裝配的難題，采用了許多新型緊固件，如：大底腳螺紋抽釘，高鎖螺栓，純鈦鉚釘?shù)取Ｆ渲写蟮啄_螺紋抽釘，是我國(guó)自行研制的一種單面連接緊固件，標(biāo)準(zhǔn)件的選擇和鉚接過(guò)程方面做了很多工作和努力。

2 大底腳螺紋抽釘?shù)男阅芴攸c(diǎn)

大底腳螺紋抽釘由釘體，芯桿，釘套，塑料環(huán)圈及驅(qū)動(dòng)螺母5個(gè)零件組成。主要有以下性能特點(diǎn)：（1）可以從單面進(jìn)行安裝，適用于結(jié)構(gòu)不開(kāi)敞部位；（2）釘體材料Ti-6A1-4V、芯桿材料A286、釘套材料1Cr18Ni9Ti。安裝后與復(fù)合材料接觸的鈦合金、不銹鋼，和復(fù)合材料電位匹配，不會(huì)產(chǎn)生電位腐蝕；（3）能在結(jié)構(gòu)背面形成大底腳，在相同夾緊情況下降低對(duì)結(jié)構(gòu)的單位壓力，避免復(fù)合材料產(chǎn)生損傷；（4）采用三點(diǎn)鎖緊，鎖緊力矩大，可保證在嚴(yán)重振動(dòng)條件下結(jié)構(gòu)的整體性；（5）夾緊力可控制，可消除安裝結(jié)構(gòu)之間的間隙，并可從芯桿短頸槽的高度來(lái)檢查抽釘裝配后的夾緊情況；（6）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；（7）用驅(qū)動(dòng)螺母安裝，可保證安裝無(wú)故障，延長(zhǎng)安裝工具的使用壽命，且使用驅(qū)動(dòng)螺母后可以使釘體上十字槽變淺，提高抽釘?shù)钠趬勖唬?）允許在不大于7°的斜面上安裝。

3 大底腳螺紋抽釘?shù)你T接缺陷

雖然大底腳螺紋抽釘具有以上優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)中不開(kāi)敞區(qū)域大量被采用，但在實(shí)際裝配中，卻發(fā)現(xiàn)其故障率高，典型故障為：（1）不完全成形；（2）螺頭破壞；（3）襯套張開(kāi)或反向卷縮；（4）襯套裂開(kāi)以及芯桿凹陷等問(wèn)題。

尤其以螺頭破壞和芯桿凹陷的故障最為突出。而大底腳螺紋抽釘為單面連接件，出現(xiàn)故障時(shí)必須更換，由于其釘體材料為鈦合金，芯桿材料為鋼，拆除時(shí)極易造成復(fù)合材料壁板孔邊劈裂或分層，另外復(fù)合材料壁板不允許敲擊，拆除后造成的多余物又不易排出等一系列問(wèn)題。

4 大底腳螺紋抽釘鉚接成形工藝過(guò)程

4.1 專(zhuān)用工具

為了確保抽釘?shù)难b配質(zhì)量，應(yīng)用專(zhuān)用工具拉槍進(jìn)行施鉚。

拉槍技術(shù)規(guī)格

工作壓力 0.5Mpa

額定扭距 9.8N·m

空載轉(zhuǎn)速 最大300r/min

4.2 螺紋抽釘成形工藝過(guò)程

（1）將選出的螺紋抽釘放入制好的孔中，用拉搶插入芯桿和驅(qū)動(dòng)螺母，保持拉搶與螺紋抽釘在同一直線(xiàn)上。（2）起動(dòng)拉搶按扭，螺紋抽釘芯桿向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使釘體與驅(qū)動(dòng)螺母擰成一體，芯桿繼續(xù)擰緊，套管隨芯桿旋轉(zhuǎn)并向上提起，當(dāng)套管與夾層板接觸后即停止旋轉(zhuǎn)并開(kāi)始?jí)嚎s形成錐狀體。（3）繼續(xù)擰緊芯桿，消除夾層板之間的間隙，即形成大底腳，板亦完全夾緊。（4）大底腳完全形成后，芯桿即在短頸槽處斷開(kāi)。芯桿斷頭與驅(qū)動(dòng)螺母隨即被頂出，形成后墩頭。

5 大底腳螺紋抽釘?shù)你T接工藝要求

5.1 螺紋抽釘孔的要求

大底腳螺紋抽釘是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接時(shí)使用的緊固件，制孔質(zhì)量將直接影響其安裝質(zhì)量，為保證孔的精度和質(zhì)量，減少刀具的磨損，對(duì)制孔要求如下：（1）螺紋抽釘安裝孔徑要求，其中Φ4螺紋抽釘孔徑為Φ4.2，制孔時(shí)需要特別注意。鉆孔時(shí)鉆頭要垂直于零件表面；鉆頭的切削進(jìn)給量不宜過(guò)大，尤其即將鉆通時(shí)更應(yīng)減小進(jìn)給量；鉆孔的全過(guò)程中風(fēng)鉆、鉆頭應(yīng)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；鉆頭應(yīng)保持鋒利，一般每鉆20～40個(gè)孔鉆頭需要重新刃磨一次，以防止鉆頭使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)鈍化，切削能力減弱，產(chǎn)生軸向力而使復(fù)合材料壁板分層；孔的端面如果有毛刺，應(yīng)使用細(xì)砂紙修光。（2）為提高螺紋抽釘?shù)陌惭b質(zhì)量，制孔后必須進(jìn)行鉸孔。鉸孔時(shí)應(yīng)使用硬質(zhì)合金鉸刀，鉸孔時(shí)鉸刀應(yīng)垂直于零件表面，進(jìn)給量不宜過(guò)快，壓力不宜過(guò)大。鉸刀前端應(yīng)該帶導(dǎo)向，特別是在厚度大、剛性大的部位，尤其要注意。鉸孔后應(yīng)用塞規(guī)檢查鉸孔質(zhì)量。（3）锪窩時(shí)可使用硬質(zhì)合金锪鉆或金剛石鍍層锪鉆，锪窩100°。為防止表面劈裂，锪窩鉆必須旋轉(zhuǎn)以后接觸工件。锪窩后檢查窩的外觀質(zhì)量、窩的圓柱度。（4）由于復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度小，其鉆孔主要矛盾表現(xiàn)在鉆頭出口端壁板表面出現(xiàn)撕裂、分層、毛刺，造成孔口尺寸不規(guī)則。這是因?yàn)榍邢髯枇ψ冃。钩隹谒俣韧蝗患涌?，造成出口處纖維撕裂。為此，在復(fù)合材料鉆孔時(shí)，在鉆頭出口端加墊板，保證墊板與復(fù)合材料壁板貼嚴(yán)。

5.2 夾層厚度的測(cè)量

安裝螺紋抽釘前應(yīng)用夾層鉤尺檢查裝配件的夾層厚度，在測(cè)量夾層厚度時(shí)，應(yīng)先消除裝配件之間的間隙，保證待鉚接件緊密貼合。當(dāng)螺紋抽釘安裝板的背面為一斜面時(shí)，夾層厚度應(yīng)按孔的中心線(xiàn)測(cè)定，斜面不應(yīng)超過(guò)7°。為了確保螺紋抽釘?shù)氖褂眯阅?，抽釘?yīng)在規(guī)定的夾層范圍內(nèi)使用，當(dāng)出現(xiàn)臨界夾層狀態(tài)時(shí)推薦使用大一號(hào)釘長(zhǎng)的螺紋抽釘。

5.3 安裝螺紋抽釘

螺紋抽釘安裝要求涂漆濕裝配，與復(fù)合材料制件連接的螺紋抽釘，在具體裝配前，光桿部分均涂以H01-101H清漆安裝。安裝螺紋抽釘時(shí)不允許強(qiáng)迫敲入。

5.4 安裝后的檢查

根據(jù)拉鉚后芯桿斷口凸出高度檢查螺紋抽釘拉鉚質(zhì)量，大于規(guī)定值表示抽釘墩頭較短，小于規(guī)定值則表示抽釘墩頭較高。

5.5 抽釘?shù)牟鸪?/p>

當(dāng)螺紋抽釘拉鉚成形后存在嚴(yán)重缺陷必須拆除時(shí)，應(yīng)使用裝有硬質(zhì)合金刀具的手風(fēng)鉆將芯桿鉆掉。應(yīng)注意多余物的排出。

5.6 芯桿的銑削

（1）將凸出蒙皮表面的芯桿銑平，不得損傷釘體表面，并涂一層TB06-9底漆，一層TS70-60灰色磁漆。（2）推薦用裝有硬質(zhì)合金刀具的風(fēng)動(dòng)銑銑平，轉(zhuǎn)速約10000r/min，對(duì)直徑φ5mm、φ6mm的抽釘用15～20mm直徑的銑刀。銑削時(shí)刀具應(yīng)偏離芯桿中心5mm，不允許刀具與芯桿中心一致銑削。

6 大底腳螺紋抽釘鉚接問(wèn)題的解決措施

通過(guò)對(duì)以上大底腳螺紋抽釘?shù)你T接工藝分析，我們采取以下相應(yīng)措施加以解決：（1）制孔時(shí)鉆頭要垂直于零件表面，防止孔偏斜。（2）當(dāng)鉆頭出口面為復(fù)合材料時(shí)，必須使用墊板，防止孔邊損傷，提高制孔質(zhì)量。（3）檢查螺紋抽釘?shù)目孜?，確保不在零件的凸臺(tái)處。（4）消除裝配應(yīng)力及結(jié)構(gòu)間隙，在安裝螺紋抽釘部位，結(jié)構(gòu)件之間的夾層間隙值不應(yīng)超過(guò)0.3mm。（5）安裝前應(yīng)用夾層鉤尺檢查裝配件的夾層厚度。（6）為了確保螺紋抽釘?shù)氖褂眯阅?，抽釘?yīng)在規(guī)定的夾層范圍內(nèi)使用，當(dāng)出現(xiàn)臨界夾層狀態(tài)時(shí)推薦使用大一號(hào)釘長(zhǎng)的螺紋抽釘。（7）螺紋抽釘安裝時(shí)應(yīng)按圖樣及技術(shù)條件要求涂漆濕裝配。（8）安裝螺紋抽釘時(shí)不能強(qiáng)迫敲入。（9）螺紋抽釘拉鉚后，必須檢查芯桿高度，以此來(lái)判斷螺紋抽釘?shù)某尚钨|(zhì)量。

7 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)大底腳螺紋抽釘鉚接工藝過(guò)程的描述，分析了螺紋抽釘鉚接的特點(diǎn)以及故障率高的原因。通過(guò)制定相應(yīng)的改進(jìn)措施，降低了螺紋抽釘?shù)墓收下?，從而提高了?fù)合材料壁板的裝配質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王云渤，等.飛機(jī)裝配工藝學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.

[2]陳同安.飛機(jī)制造工藝技術(shù)指南[M].沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，1996.

[3]范玉青.現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介：李榮霞（1974-），女，遼寧人，本科學(xué)歷，工程師，主要研究方向：飛機(jī)裝配工藝。