氣液增力技術(shù)在成組壓鉚機中的應(yīng)用與研究*

穆建森，司文奎

(陜西省機械研究院，陜西 咸陽 712000)

0 引 言

隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的飛速發(fā)展，對飛機鋁鉚釘?shù)你T接工藝提出了更高的要求：一是鉚接的效率問題，二是鉚接力的控制問題。我國傳統(tǒng)的鉚接工藝是兩個人組合，人工操作氣動工具進行鉚接，鉚接工藝落后，效率低下，噪音特別大。由于鉚接力不一致造成墩頭不一致。直接影響了我國飛機制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)周期。陜西省機械研究院借鑒KπA-503M壓鉚機[1]研發(fā)的大喉深、大噸位的YC15-25/375-600/1300自動成組壓鉚機，解決了機械式鉚接、人工鉚接的缺點，填補了我國成組壓鉚技術(shù)設(shè)備的空白，告別了我國成組壓鉚機依賴進口的局面。

成組鉚接技術(shù)雖不是個新型課題，早在20世紀五、六十年代已經(jīng)提出來，但成組鉚接技術(shù)在我國主要是受到設(shè)備的限制而很難利用發(fā)展起來，其次是飛機制造業(yè)產(chǎn)能低得不到重視無法推廣而受到制約。氣液增力型大型壓鉚機就是對成組鉚接技術(shù)這一工藝應(yīng)用的新型設(shè)備。

陜西省機械研究院研發(fā)的成組壓鉚機，采用了當前最為先進的氣液增力技術(shù)[2]。在研發(fā)的過程中遇到了三個關(guān)鍵性的問題：一是壓鉚機墩頭及可動砧子兩者任意位置如何可停；二是壓縮空氣推動粘度系數(shù)較大的液壓油使壓鉚機墩頭及可動砧子兩者如何快速移動；三是無法觀察的下模具停止位置控制時機，即如何控制壓鉚機墩頭頂緊過程中而不會形成一次鉚接。

1 氣液增壓技術(shù)

氣液增壓鉚接技術(shù)是近年來在沖壓、鉚接生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的工藝；是利用潔凈的壓縮空氣，推動特殊設(shè)計的液壓油缸，產(chǎn)生幾倍甚至上百倍推力的技術(shù)。由筆者負責設(shè)計的15 t以上的壓鉚機，引用了德國先進的氣液增力技術(shù)[2]，如圖1所示。

工作原理：經(jīng)過電磁閥控制的壓縮空氣，進入快進氣口使執(zhí)行缸快速移動。到達指定位置后，壓縮空氣經(jīng)過電磁閥的控制，進入增力進、退氣口，使執(zhí)行缸增力和快退，實現(xiàn)氣液增力。根據(jù)額定的增力數(shù)值,選定執(zhí)行缸直徑后，再根據(jù)鉚接行程，設(shè)計增力缸、桿的直徑，達到一定壓力下的壓縮空氣使執(zhí)行缸輸出力為額定數(shù)值的效果。

圖1 氣液增力原理簡圖

此研究只對壓鉚機墩頭及可動砧子兩者任意位置如何可停及其如何快速移動進行探討。

2 成組壓鉚機墩頭任意位置控制探討

首先，探討壓鉚機墩頭任意位置可停的問題。如圖1所示，簡單地解決問題就是利用液壓油的不可壓縮性，在高壓液壓管中間加一個二位二/四通高壓液壓電磁閥即可。但實際是不合理的，也是不可行的。主要原因如下。

(1) 為了增力迅速且快退，執(zhí)行缸與增力缸之間的高壓管應(yīng)盡量短，管徑盡量大，以減少因阻力產(chǎn)生的能量消耗，保證迅速增力及快退。

(2) 二位二/四通高壓液壓電磁閥滑閥一般通徑最大為φ10 mm,由于液壓油的流動壓力僅壓縮空氣的壓力0.6～0.7 MPa，其流量也很難使執(zhí)行缸快速移動。手動閥由于要增加一套自動控制機構(gòu)且行程較大，影響設(shè)備每分鐘鉚接次數(shù)。不利于自動控制。

(3) 各種規(guī)格的閥門，因其工作原理不同，在換向過程中會產(chǎn)生壓力油壓力的波動，在頂緊階段后會發(fā)生一次墩鉚接或頂緊力減小的現(xiàn)象。

(4) 壓力傳感器是個靈敏的壓力元件，壓力的波動會產(chǎn)生壓電信號，會給控制器件造成干擾信號使控制線路板復雜化。

鑒于以上原因，只能從壓縮空氣方面來考慮。為此，設(shè)計了多規(guī)格氣用電磁閥組合、雙氣路供氣、排氣調(diào)速的方法，實現(xiàn)了壓鉚機墩頭的任意位置可停這一難題。并加裝了蓄能器，增力過程由于執(zhí)行缸活塞移動了墩鉚行程，其前端的密閉腔室壓力增大的情況下，消除了對造成氣用電磁閥造成損壞的可能性。

3 可動砧子任意位置探討

一般沖鉚、壓鉚機的砧子是固定不動的。但在飛機制造業(yè)中，由于鋁鉚釘多數(shù)情況不是在一個平面內(nèi)，而是在一個空間的曲面內(nèi)，所以要求砧子是可以隨鉚接件高度的變化而移動的。在飛機制造業(yè)中存在砧子任意位置可停，且起到砧子的作用。也就是說，砧子一旦停止在某一位置后，在鉚接的過程中不允許有位置變化。針對這一要求利用液壓油的不可壓縮性，參考增力器原理，設(shè)計了等缸徑分體式增力器。該產(chǎn)品適用于飛機制造業(yè)使用的任意位置可停、并且可快速移動的壓鉚機砧子。原理示意圖如圖2所示。

圖2 等缸徑示意圖

4 實際運行情況

在實際調(diào)試過程中，液壓閥[3-4]的選用非常關(guān)鍵。雖然在常規(guī)的液壓傳動中，二位二通或二位通閥閥芯結(jié)構(gòu)、導通方式不同，不會產(chǎn)生影響傳動的現(xiàn)象，但在壓鉚機設(shè)備的可動砧子的控制過程中，會產(chǎn)生影響砧子位置的現(xiàn)象。

初始設(shè)計時，選用了大流量、內(nèi)部先導插裝式高壓常閉液壓電磁閥LSV6-16-2NC SP，該閥在空運行時似乎沒有問題。但在壓鉚機試運行的鉚接過程中出現(xiàn)了問題。當墩頭出力時，發(fā)現(xiàn)砧子可壓縮約5～10 mm的行程。這一現(xiàn)象是飛機制造業(yè)絕對不允許的，否則會引起鉚接零件的變形，產(chǎn)生不合格零件。隨后分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：該種閥屬于內(nèi)部先導式的，隔斷液壓油管路是由背壓產(chǎn)生密封起到關(guān)斷管路的作用。在關(guān)斷時相對高壓閥來講，介質(zhì)缸的壓力很小接近零，在鉚接開始時一定壓力的介質(zhì)通過先導孔或關(guān)斷口進入閥的另一端，當氣體密閉腔壓縮達到一定的壓力后，產(chǎn)生了背壓才會隔斷管路，所以會產(chǎn)生砧子可壓縮5～10 mm的現(xiàn)象。同時可能對氣閥造成損壞，因此該種先導插裝式液壓閥在壓鉚機中不能采用。

從分析發(fā)生砧子移動的原因入手，決定更換為22EO-H10B-T液壓電磁閥[4]，該閥屬于普通滑閥，直接隔斷管路，解決了墩頭出力時砧子壓縮的現(xiàn)象。但該種閥流量滿足不了需要，液壓油在壓縮空氣的推動下，壓力油沿程損失較大，壓縮空氣推力損失嚴重，造成砧子移動速度上不去。為此，設(shè)計采用多閥并聯(lián)使用的辦法，來解決流量及沿程損失的問題。在試生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)該方法既解決了砧子任意位置可停的問題又解決了移動速度上不去的問題。

5 結(jié) 語

在設(shè)備交付使用后，用戶比較滿意。該設(shè)備自動化程度高、效率高，特別是該設(shè)備與進口機械式成組

壓鉚機相比噪音非常低，且不存在機械式成組壓鉚機墩鉚后的機械卡死現(xiàn)象。后期又做了大量的調(diào)研工作，設(shè)備在某些方面還存在不足，有待完善。

[1] KπA-503M 壓鉚機說明書[Z].漢中:陜西飛機制造廠,1969.

[2] 裴慶軍.氣液增力技術(shù)應(yīng)用[J].機械制造,2003(5):60-60.

[3] 北京有色冶金設(shè)計研究院.機械設(shè)計手冊[J].第3版.北京：化學工業(yè)出版社,1992.

[4] 機床設(shè)計手冊編寫組.零件設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社,1983.