鋁合金夾層結(jié)構(gòu)自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)研究

于 淵，臧建新，朱振江，王 巖，韓 劍，王 聰

(首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076)

0 引言

自動(dòng)鉆鉚技術(shù)是當(dāng)今機(jī)械連接的先進(jìn)技術(shù)之一，具有鉆孔、鉚接質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，操作者易掌握等特點(diǎn)[1]。近年來，隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)鉚接性能的要求不斷提高，對(duì)鉚接質(zhì)量也越來越重視，自動(dòng)鉆鉚成為了鉚接技術(shù)研究的核心[2]。梁瑩等[3]通過對(duì)影響制孔毛刺高度的工藝參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，得到設(shè)備最優(yōu)工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了制孔毛刺高度最小。葉順堅(jiān)等[4]根據(jù)自動(dòng)鉆鉚設(shè)備的具體技術(shù)參數(shù)，對(duì)鉆軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)軸進(jìn)給量、夾緊力、壓鉚力等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為自動(dòng)鉆孔、送釘、鉚接提供保障。曲巍崴等[5]對(duì)錘鉚過程進(jìn)行了有限元分析，以獲得規(guī)定的鐓頭尺寸為目標(biāo)，得到不同輸入氣壓下需要的鉚接時(shí)間，結(jié)果表明，鉚槍的輸入氣壓和鉚接時(shí)間是影響錘鉚工藝的關(guān)鍵因素。

本文對(duì)鋁合金夾層結(jié)構(gòu)自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究，主要包括兩方面的研究內(nèi)容：制孔工藝參數(shù)研究和自動(dòng)鉚接工藝參數(shù)研究。

1 制孔工藝參數(shù)研究

根據(jù)數(shù)控加工的一般工藝?yán)碚摷皩?shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)制孔毛刺影響較大的參數(shù)主要包括鉆頭鉆尖頂角、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量。

1.1 工藝試驗(yàn)參數(shù)分析

初步確定的鉆孔試驗(yàn)工藝參數(shù)范圍如表1所示。

表1 初選制孔試驗(yàn)參數(shù)范圍

1.2 工藝試驗(yàn)參數(shù)選取

針對(duì)表1所列工藝參數(shù)范圍，按照3個(gè)參數(shù)水平進(jìn)行細(xì)化，3個(gè)參數(shù)運(yùn)用L9(33)正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)，如表2所示。

表2 制孔工藝參數(shù)研究用因素—水平表

表3 初選試驗(yàn)結(jié)果及分析

綜上，對(duì)初選試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，參數(shù)范圍界定為(A2～A3)、(B2～B3)、(C1～C2)。根據(jù)初選試驗(yàn)結(jié)果再次細(xì)化參數(shù)水平進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)，得出最優(yōu)制孔參數(shù)為鉆尖頂角120°、主軸轉(zhuǎn)速16 000 r/min、進(jìn)給量0.10 mm/r。

1.3 制孔工藝參數(shù)驗(yàn)證

對(duì)試驗(yàn)得出的最佳制孔參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在鋁合金夾層結(jié)構(gòu)中鉆制Φ4.1 mm孔，共鉆制10個(gè)孔，測量鉆孔出口毛刺高度，取平均值，重復(fù)10組。毛刺高度數(shù)值見表4，均符合要求(航空鉚接技術(shù)條件中要求底孔毛刺高度<0.15 mm)，無需單獨(dú)的毛刺清理工序。

2 自動(dòng)鉚接工藝參數(shù)研究

根據(jù)錘擊鉚接加工的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鉚釘鐓頭成型影響較大的參數(shù)主要包括鉚槍輸入氣壓、沖錘錘擊時(shí)間、鉚釘長度。

2.1 工藝試驗(yàn)參數(shù)分析

試驗(yàn)以鉚接Φ4 mm鉚釘為例，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，初步確定的鉚接試驗(yàn)工藝參數(shù)范圍如表5所示。

表4 鉆孔毛刺高度 mm

表5 初選鉚接試驗(yàn)參數(shù)范圍

2.2 工藝試驗(yàn)參數(shù)選取

針對(duì)表5所列工藝參數(shù)范圍按照3個(gè)參數(shù)水平進(jìn)行細(xì)化，運(yùn)用L9(33)正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，因素—水平表如表6所示。

表6 用于鉚接工藝參數(shù)研究的因素—水平表

綜上，對(duì)初選試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，參數(shù)范圍界定為

(B1～B2)、(C1～C2)。根據(jù)初選試驗(yàn)結(jié)果再次細(xì)化參數(shù)水平進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)，得出最優(yōu)鉚接工藝參數(shù)為鉚釘長度9 mm、輸入氣壓0.5 MPa、鉚接時(shí)間2 s。

2.3 鉚接工藝參數(shù)驗(yàn)證

對(duì)試驗(yàn)得出的鉚接工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，取鉚釘直徑Φ4 mm、長度9 mm，鉚接夾層厚度4 mm。鉚接后鉚釘鐓頭高度尺寸如表8所示，均符合QJ 782A《鉚接通用技術(shù)要求》規(guī)定的Φ4 mm鉚釘鐓頭成型高度要求(2.0±0.4) mm。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)鋁合金夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)鉆鉚工藝參數(shù)研究，得到了適用于鋁合金夾層結(jié)構(gòu)自動(dòng)鉆鉚的制孔工藝參數(shù)和鉚接工藝參數(shù)。

表7 鉚接初選試驗(yàn)結(jié)果及分析

表8 鉚釘鐓頭高度 mm

(1) 在鋁合金夾層結(jié)構(gòu)中鉆制Φ4.1 mm的孔時(shí)，優(yōu)先選擇制孔參數(shù)為鉆尖頂角120°、主軸轉(zhuǎn)速16 000 r/min、進(jìn)給量0.10 mm/r進(jìn)行鉆制，制孔毛刺高度符合使用要求。

(2) 對(duì)鉚釘直徑Φ4 mm、鉚接夾層厚度4 mm進(jìn)行自動(dòng)鉆鉚時(shí)，優(yōu)先選擇鉚釘長度9 mm、設(shè)備輸入氣壓0.5 MPa、鉚接時(shí)間2 s進(jìn)行鉚接，鉚釘鐓頭成型高度符合使用要求。