關(guān)于攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備的研制

◎朱碩迪

傳統(tǒng)飛機(jī)的壁板連接多采熔焊、點(diǎn)焊的焊接或者鉚接的連接方式，這些常規(guī)方式有著諸多缺陷。熔焊和點(diǎn)焊焊接會(huì)影響鋁合金壁板的連接效果，而且施工效率不高，零件容易發(fā)生變形；鉚接連接會(huì)加重飛機(jī)的整體重量，不利于飛機(jī)減重設(shè)計(jì)發(fā)展。為了優(yōu)化這些飛機(jī)零件裝配中存在的問(wèn)題，逐漸研發(fā)了攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備技術(shù)，大幅度提高了飛機(jī)制造水平，因此這一工藝裝備技術(shù)的研制已經(jīng)成為技術(shù)人員的重要研究課題。

一、研究目的

為了使目前的飛機(jī)零件裝配技術(shù)得到明顯提升，解決在飛機(jī)鋁合金材料連接時(shí)產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題，研究一種將攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)和工藝裝備相結(jié)合的工裝結(jié)構(gòu)。這樣可以實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備的自動(dòng)化運(yùn)行，提高工裝質(zhì)量和效率，同時(shí)也提高了飛機(jī)零件在裝配時(shí)的可靠性和整體結(jié)構(gòu)使用壽命。實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)減重，有助于飛機(jī)速度提升以及航程延伸等領(lǐng)域的研究。這種新型工藝裝備可以在目前多數(shù)攪拌摩擦點(diǎn)焊裝備上運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金壁板等零件材料的高質(zhì)量研究。

二、攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析

1.關(guān)鍵技術(shù)分析。

采用了真空定位吸附模塊、氣動(dòng)快速裝夾與壓緊系統(tǒng)、光電控制系統(tǒng)。真空定位吸附模塊解決了薄壁型腹板和T型櫞條在焊接連接時(shí)受力不均勻發(fā)生位移變形的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同形狀的工件的快速定位夾緊。氣動(dòng)快速裝夾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單可靠性高。用來(lái)輔助壓緊零件，自動(dòng)壓緊和開(kāi)合的設(shè)計(jì)適用于各種壁板長(zhǎng)桁的焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接過(guò)程自動(dòng)化。光電控制系統(tǒng)由光電開(kāi)關(guān)和電路控制組成，光電控制系統(tǒng)使氣動(dòng)裝置具備自動(dòng)躲避攪拌摩擦點(diǎn)焊攪拌頭。

2.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析。

在攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備中，可以不再使用鉚接連接技術(shù)，以及熔焊等焊接技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)壁板損傷將至最低、減少了零件材料出現(xiàn)變性的可能性、降低零件連接后的整體重量等方面的技術(shù)目標(biāo)。采取一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅降低了工作人員的工作量，解放了勞動(dòng)力，展現(xiàn)了較為突出的經(jīng)濟(jì)性價(jià)值，同時(shí)也減少了人為因素引起的故障問(wèn)題，做到了飛機(jī)零件和整體結(jié)構(gòu)的機(jī)械化流水線制造。而且對(duì)于裝配區(qū)域周圍環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響比較小，例如振動(dòng)、焊接空氣污染等方面的影響較低，有助于實(shí)現(xiàn)飛機(jī)零件裝配的可持續(xù)發(fā)展。

三、工藝裝備材料與整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝的研制過(guò)程中，首先需要解決的是材料的選擇以及工裝結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，材料及結(jié)構(gòu)能否沿用傳統(tǒng)真空吸附類夾具都是在摸索著進(jìn)行。

工裝結(jié)構(gòu)的合理性和正確性是確定攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備是否安全使用的重要元素之一，工裝結(jié)構(gòu)的選擇與試制都是根據(jù)待焊接材料的外形尺寸和結(jié)構(gòu)來(lái)決定的，除此之外還應(yīng)考慮與攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備的安裝連接，以及后期維護(hù)和調(diào)校等。依據(jù)提供的產(chǎn)品零件技術(shù)狀態(tài)為薄壁型腹板和T型櫞條的搭接狀態(tài)，為了在對(duì)零件進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)腹板和T形櫞條有足夠的定位支撐，保證兩者之間不發(fā)生相對(duì)位移和形變，在工裝設(shè)計(jì)中首先采用了真空吸附定位的方案。由于在之前多項(xiàng)型號(hào)的工裝設(shè)計(jì)中有過(guò)相關(guān)專用真空吸附夾具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其中各相關(guān)技術(shù)也已成熟。

四、氣動(dòng)工藝裝備夾裝系統(tǒng)的研制

在一套完整的攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝里，除了包含有真空吸附模塊、支座框架主體、連接板和一些標(biāo)準(zhǔn)件之外，由夾持元件和壓緊元件構(gòu)成的快速裝夾系統(tǒng)是保證產(chǎn)品能夠順利進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊的重要組成部分。為了提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品的攪拌摩擦點(diǎn)焊周期，要求除了工裝本身有較高的適用性和通用性之外，同時(shí)工裝的裝夾系統(tǒng)還應(yīng)具有快速響應(yīng)和穩(wěn)定性，才能滿足多批量多規(guī)格零組件的攪拌摩擦點(diǎn)焊需求。

氣動(dòng)壓緊裝置是一種以壓縮空氣為動(dòng)力源的裝置，通過(guò)氣缸壓縮空氣轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，完成工裝所需的壓緊和夾持等多種動(dòng)作。攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝上采用氣動(dòng)壓緊裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單方便，極大減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率；氣動(dòng)反映速度快，在整個(gè)攪拌摩擦點(diǎn)焊過(guò)程中有效縮短輔助壓緊時(shí)間，生產(chǎn)效率提高；氣動(dòng)壓緊裝置不像液壓壓緊裝置復(fù)雜難以維護(hù)，允許有少量泄露，因而對(duì)氣動(dòng)元件的精度要求不太高，便于制造和后期保養(yǎng)；采用氣動(dòng)壓緊裝置可以做到一人多機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

五、工藝裝備的光電系統(tǒng)研制

光電控制系統(tǒng)是集測(cè)控對(duì)象、光電傳感檢測(cè)、數(shù)字控制器、通信系統(tǒng)和控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)于一體的綜合測(cè)控系統(tǒng)。具有響應(yīng)速度快、無(wú)接觸、低耗能、體積小、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。光電控制裝置在工業(yè)領(lǐng)域里屬于較成熟的產(chǎn)品，因此根據(jù)需要選擇購(gòu)買相應(yīng)的光電控制裝置即可。攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝真空吸附臺(tái)面上一共布置了20個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置，每邊分布10個(gè)，在每?jī)蓚€(gè)氣動(dòng)壓緊裝置中間選擇計(jì)算合理位置布置一個(gè)光電控制裝置，當(dāng)攪拌頭到達(dá)數(shù)字量點(diǎn)焊位置時(shí)，距離第一個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置小于100mm時(shí)，光電控制裝置接受感應(yīng)，此時(shí)第一個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置接受指令自動(dòng)打開(kāi)，攪拌摩擦點(diǎn)焊攪拌頭隨即代替該位置氣動(dòng)壓緊裝置進(jìn)行點(diǎn)焊；點(diǎn)焊完成后設(shè)備主軸頭繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)點(diǎn)焊位置遠(yuǎn)離第一個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置超過(guò)100mm時(shí)，光電控制系統(tǒng)感應(yīng)，第一個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置自動(dòng)重新壓緊零件；當(dāng)點(diǎn)焊主軸頭距離氣動(dòng)壓緊系統(tǒng)的第二個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置小于100mm時(shí)，光電控制系統(tǒng)感應(yīng)，第二個(gè)氣動(dòng)壓緊裝置自動(dòng)打開(kāi)，點(diǎn)焊主軸頭代替該位置氣動(dòng)壓緊裝置進(jìn)行點(diǎn)焊，以此類推開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)過(guò)程直至整個(gè)點(diǎn)焊過(guò)程全部完成。

結(jié)語(yǔ)：攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備是一種新型飛機(jī)零件連接技術(shù)，在現(xiàn)階段的飛機(jī)零件裝配中具有比較高的應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)部門和人員應(yīng)當(dāng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有深入的研究和認(rèn)識(shí)，這樣才能掌握這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用策略。廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在目前攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)飛機(jī)材料的特征以及飛機(jī)零件和整體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與創(chuàng)新，從而使這一技術(shù)可以在飛機(jī)零件裝備中得到廣泛運(yùn)用，推動(dòng)航空工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。