飛機(jī)鉚接裝配故障分析與解決措施探討

張影

摘要 鉚接是進(jìn)行飛機(jī)裝配的重要工程，它既要承載設(shè)計師設(shè)計思想的表達(dá)，還要保證飛機(jī)在造型完美的情況下達(dá)到剛性需求。然而，鉚接裝配中總會出現(xiàn)各種不良現(xiàn)象，如零件超差、干涉現(xiàn)象、鼓動問題、階差現(xiàn)象、間隙問題、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷等問題。面對隨時可能出現(xiàn)的鉚接裝配問題，工作人員兵來將擋水來土掩，總能找到絕佳的途徑來解決。本文主要對飛機(jī)鉚接裝配過程常見的故障類型展開分析，并探討了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞 故障類型；解決對策；復(fù)合材料；超差

中圖分類號V2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0006—01

經(jīng)數(shù)據(jù)分析，飛機(jī)鉚接裝配過程常見的故障問題和需要經(jīng)常修理的結(jié)構(gòu)損傷主要有以下幾方面：操作人員由于自身疏忽導(dǎo)致的裝配問題；由于設(shè)計失誤導(dǎo)致的裝配故障；工藝流暢不合理造成的設(shè)備故障等。關(guān)于后期的修理方案，其根本目的是為了達(dá)到設(shè)計手稿最原始的設(shè)想。因此，當(dāng)飛機(jī)出現(xiàn)故障，要及時采取相對應(yīng)的措施和方法，盡可能在最短時間內(nèi)完成修復(fù)工作，彌補有可能造成的傷害。

1飛機(jī)鉚接裝配故障類型

飛機(jī)在制造過程會由于人為因素和非人為因素出現(xiàn)裝配故障，最常見的有以下幾種類型。

1.1零件尺寸超差

飛機(jī)制造過程由于工裝可能會出現(xiàn)零件尺寸超差等問題，所謂尺寸超差，顧名思義即超出了公差范圍，實際尺寸已經(jīng)無法滿足圖紙或技術(shù)規(guī)范的要求。例如一個長度為10的尺子，上公差為+0，05，下公差為0，如果實際成品尺寸為10.06，即為超差。飛機(jī)裝配過程如果出現(xiàn)尺寸超差，將會導(dǎo)致強(qiáng)度和裝配的問題。如果超差零件成本低，則可以優(yōu)先采取更換零件的方案；如果成本零件高，要考慮實際的超差情況，在能補償?shù)那闆r下優(yōu)先采取補償方案。

1.2階差現(xiàn)象

裝配過程之所以會出現(xiàn)階差現(xiàn)象，主要原因還是在于裝配技術(shù)存在缺陷和公差積累。例如當(dāng)飛機(jī)的底部結(jié)構(gòu)和中部結(jié)構(gòu)對接后其外部卻不能平滑過渡時便是因為飛機(jī)的邊梁部位在裝配過程出現(xiàn)階差。面對這種問題，如果現(xiàn)象輕微，進(jìn)行調(diào)整即可；如果現(xiàn)象嚴(yán)重，則必須更換零件進(jìn)行重新裝配。

1.3干涉現(xiàn)象

裝配零件不存在尺寸超差的情況下，也有可能出現(xiàn)另外一種問題：干涉現(xiàn)象。出現(xiàn)該問題的主要原因是裝配技術(shù)存在缺陷或者公差的持續(xù)積累。如果問題輕微，進(jìn)行調(diào)整就可以；遇到不可調(diào)的問題則要考慮重新裝配或者視干涉情況進(jìn)行修理。

1.4間隙問題

不同的零件在連接時必然產(chǎn)生大大小小的間隙，有些是正常的，然而有些卻是由零件超差、公差積累、零件變形、裝配缺陷等問題造成的。不容忽視的是，某些設(shè)計上的缺陷同樣會導(dǎo)致不可避免、甚至重復(fù)的間隙。對于各種間隙，小的可以用墊片來填補；而大的，則只能通過改變零件結(jié)構(gòu)來進(jìn)行補償了。

1.5鼓動現(xiàn)象

所謂鼓動現(xiàn)象，即完成裝配后的鈑金零件出現(xiàn)大面積受力分布不均勻而導(dǎo)致個別部位彈性突起的現(xiàn)象。由于涉及到應(yīng)力不均勻的問題，因此該現(xiàn)象經(jīng)常見于飛機(jī)的地板、鈦板、蒙皮等機(jī)構(gòu)上。此外，除了裝配過程出現(xiàn)的應(yīng)力不均勻?qū)е鹿膭蝇F(xiàn)象外，金屬結(jié)構(gòu)由于環(huán)境波動產(chǎn)生的熱脹冷縮物理反應(yīng)同樣會導(dǎo)致鼓動現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)該現(xiàn)象，飛機(jī)零件便會加速老化，大大縮短各部位零件壽命，因此務(wù)必要及時采取補償或者調(diào)整等方法來消除鼓動。

2飛機(jī)鉚接典型故障分析和解決措施

2.1管壁梁超差

某飛機(jī)的座艙罩管梁結(jié)構(gòu)，某處管梁壁厚度尺寸未符合圖紙要求，出現(xiàn)超差現(xiàn)象。由于該位置已經(jīng)安裝過盲孔螺母，再加上厚度超差，導(dǎo)致艙門合頁的強(qiáng)度減小。

如果要更換管梁，顯然成本太高，所以可以考慮是否有補償空間。通過分析，可以發(fā)現(xiàn)位于超差位置的盲孔螺母周圍空間充足，可以嘗試托板螺母與加強(qiáng)片組合來替代盲孔螺母，來實現(xiàn)增加強(qiáng)度的效果。關(guān)于加強(qiáng)片需要強(qiáng)調(diào)的是，既要有足夠的修理空間，又要起到輔助托板螺母固定的作用，同時還扮演著鉚接過渡的角色。

2.2防火墻鼓動

鈦板是防火墻結(jié)構(gòu)的主要材料，由于其在裝配過程對應(yīng)力格外敏感，因此極易發(fā)生鼓動現(xiàn)象。這不僅僅會產(chǎn)生噪音還會將零件外形大打折扣，如果長期維持這種現(xiàn)象不予修復(fù)，將會大大縮短零件壽命。

防火墻鈦板的厚度大約為0.5mm，對外界所能承受的應(yīng)力值很低，因此最有效的辦法便是增加鋼度。具體方案為：1）制造L型角材；2）將其鉚接到容易發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生鼓動的區(qū)域，來增加鈦板硬度。

雖然這種方法貌似解決了鈦板變形的問題，但是治標(biāo)不治本，因為鈦板表層應(yīng)力并未得到釋放且零件外觀已經(jīng)產(chǎn)生形變。因此不妨從另外一個角度來解決根源，如提高工裝技術(shù)等。

2.3復(fù)合材料損傷

復(fù)合材料的損傷原因雖然多樣化而且伴隨著各種隨機(jī)性，但是90%都是由于外界沖擊導(dǎo)致的。外界沖擊對符合材料結(jié)構(gòu)造成的損傷有大有小，沖擊力小也許僅僅是個凹坑，沖擊力大的情況下完全有可能導(dǎo)致其大面積穿孔。此外，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)較之于其他材料更加容易分層，因此在檢修損傷區(qū)域時務(wù)必要確定其是否已經(jīng)發(fā)生分層。

檢測損傷區(qū)域的主要手段是x射線和超聲波檢測，厚度為2mm～10mm之間的壁板，可修理的最大直徑為100mm；而蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，可修理的最大穿孔直徑為150mm，最大面積為80cm²。

2.4鉚接零件間隙

當(dāng)鉚接過程出現(xiàn)間隙，可以通過墊片填補或者調(diào)整零件結(jié)構(gòu)來解決問題。例如當(dāng)兩個固定框通過盒型件進(jìn)行連接時，在3個零件都已經(jīng)成為剛體的情況下，且無法再調(diào)整設(shè)計進(jìn)行補償，拼接在一起的時候依然會產(chǎn)生不可避免的間隙。原因就是制造零件時候的誤差和進(jìn)行裝配時候的誤差時刻都存在，從而導(dǎo)致每架飛機(jī)在裝配2個固定框時所產(chǎn)生的間隙也不同。面對這種問題，解決的途徑便是在進(jìn)行設(shè)計時，將盒件型的某側(cè)變型為角材連接，并且盒件型和角材之間的連接面要相對較長，以便調(diào)整盒型件與角材鉚接時候的位置，最終間接消除間隙。

3結(jié)論

實際上，以上提到的種種方法已經(jīng)普遍應(yīng)用。但是，依然存在一些潛在的問題需要我們加以思考：例如，能否以傳統(tǒng)工藝為基礎(chǔ)，摸索出一條高效而快速的補償工藝，提高生產(chǎn)率；當(dāng)代飛機(jī)的零件結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，需要突破現(xiàn)在的工裝定位技術(shù)，來滿足更高的裝配尺寸要求等等。總之，隨著人類科技的進(jìn)步，面對任何問題我們都能找到最新的思路來解決。