波音飛機(jī)鉚釘OVER-DRIVING 研究

■ 鞏小波/山東太古飛機(jī)工程有限公司

0 引言

在當(dāng)前航空業(yè)高速發(fā)展的背景下，鉚接依然是飛機(jī)制造和維修最普遍的連接方式，這主要由飛機(jī)制造材料、材料特性、飛行特性、重量要求等決定。鉚接可實(shí)現(xiàn)部件連接、載荷傳遞，鉚接工藝對(duì)飛機(jī)安全至關(guān)重要。

鉚接是通過(guò)對(duì)鉚釘擠壓、抽拉，使鉚釘發(fā)生變形，來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)零件的相互連接。鉚釘根據(jù)構(gòu)型可分為實(shí)心鉚釘和盲鉚釘（抽芯鉚釘）。本文分析的是實(shí)心鉚釘?shù)你T接工藝要求。鉚釘鉚接過(guò)程類(lèi)似于鍛造過(guò)程，在外力的作用下，鉚釘桿身發(fā)生塑性變形，桿身高度減小而直徑增大，以形成墩頭的方式達(dá)到連接目的。在飛機(jī)制造及維修中，鉚接工藝屬于永久性連接，日常維護(hù)中不需要拆卸，拆除后鉚釘不能再次使用必須報(bào)廢。

1 波音飛機(jī)對(duì)鉚釘鉚接的要求

波音結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)針對(duì)鉚釘鉚接的要求分為正常鉚接和過(guò)鉚/過(guò)鐓（OVER-DRIVING 或OVER-DRIVEN），兩者對(duì)鉚釘墩頭直徑的要求不同，鉚接墩頭形狀、大小、狀態(tài)是判斷鉚釘是否被正確鉚接的關(guān)鍵因素，結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)（SRM）中就墩頭是否滿足要求有詳細(xì)說(shuō)明。

波音SRM 中將鉚釘墩頭的數(shù)值分為D 和H（見(jiàn)圖1），D 分為NORMAL DRIVING 和OVER-DRIVING 兩種，如表1 所示。

相同型號(hào)的鉚釘OVER-DRIVING墩頭直徑大于NORMAL DRIVING。以下是作者對(duì)波音手冊(cè)及維修方案中OVER-DRIVING 的使用原因分析：

圖1 波音墩頭尺寸示意

表1 波音鉚釘墩頭尺寸要求

1） 在結(jié)構(gòu)連接中主要通過(guò)鉚釘?shù)臈U身承受剪切力，墩頭承受相應(yīng)的拉應(yīng)力。通過(guò)OVER-DRIVING 可以增大墩頭直徑，增大墩頭與連接件表面的接觸面積，因此可以增大鉚釘?shù)睦瓚?yīng)力。

2） OVER-DRIVING 通過(guò)充分鉚接可以增加孔壁內(nèi)鉚釘桿身的變形量，從而保證桿身與孔壁的充分結(jié)合，增強(qiáng)密封性。墩頭直徑變大，增加與連接件表面的接觸面積，增強(qiáng)密封性。

3） OVER-DRIVING 通過(guò)充分鉚接增加孔壁內(nèi)鉚釘桿身變形量，直徑變大對(duì)連接件孔壁產(chǎn)生壓力，連接部件孔壁發(fā)生變形，存在一定的壓應(yīng)力，從而提高連接部件孔壁的疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)耐久性。

4） OVER-DRIVING 鉚釘鉚接墩頭的變形量較大，隨鉚接過(guò)程的延長(zhǎng)，桿身發(fā)生變形硬化，容易出現(xiàn)墩頭裂紋。

5） OVER-DRIVING 的鉚接力度較NORMAL DRIVING 大，孔壁桿身變形量大，對(duì)于最外側(cè)孔、孔距不滿足1.7D的位置容易出現(xiàn)孔壁變形不均勻、邊緣凸起、應(yīng)力集中，導(dǎo)致疲勞裂紋出現(xiàn)、耐久性下降，板材較薄位置尤為明顯。

2 案例分析

在飛機(jī)維修方案中，關(guān)鍵區(qū)域、主要結(jié)構(gòu)的鉚釘鉚接通常要求OVER- DRIVING，對(duì)于邊距不足1.7D 的位置一般會(huì)特別指出不需要OVER-DRIVING。

以下內(nèi)容節(jié)選自波音公司對(duì)超手冊(cè)修理方案的答復(fù)。

1） 某飛機(jī)//L/H BS482 FRAME REPAIR AT PENETRATION HOLE- DEVIATION TO SRM 53-00-07 REPAIR13。

波音回復(fù)為“Install all rivets over- driven to a minimum 1.4D driven head per SRM，51-40-2，F(xiàn)igure 3，Table II. Install rivets dry. ” 即所有的鉚釘（BACR15BB）都應(yīng)按照SRM 51-40-2，F(xiàn)igure 3，Table II over-driven。

2）//R/H BS482 FRAME REPAIR AT PENETRATION HOLE- DEVIATION TO SRM53-00-07 REPAIR13。

波音回復(fù)為“Install all rivets （except as noted） over-driven to a minimum 1.4D driven head per SRM 51-40-2， Figure 3， Table II. Install rivets dry. Do NOT overdrive the BACR15BB5D rivets that are identified as FL1 in Ref /E/ sketch?！?/p>

此方案中同一修理區(qū)域不同邊距鉚釘?shù)你T接要求是不一樣的。即波音認(rèn)為，此區(qū)域的6 個(gè)SEM（除STUD HOLE 孔）緊固件的鉚接，4 個(gè)邊距小于1.7d 的孔不應(yīng)采用OVER-DRIVEN，另兩個(gè)邊距大于1.7d 的孔則應(yīng)采用OVER-DRIVEN，如圖2 所示。

3 其他機(jī)型的要求

目前，針對(duì)鉚釘墩頭OVER-DRIVING 的特殊要求，只在波音飛機(jī)維修文件中出現(xiàn)?？湛?、CRJ、SAAB、ERJ等其他機(jī)型的維修文件中并沒(méi)有類(lèi)似要求，只是就鉚釘安裝后墩頭的尺寸給出了極限值或范圍值，如表2、表3 所示。

圖2 波音回復(fù)對(duì)此區(qū)域的安裝鉚釘?shù)木唧w解釋

表2 2024、2117、3.1124鉚釘墩頭尺寸

表3 2017、7050、3.1324鉚釘墩頭尺寸

相對(duì)于波音飛機(jī)來(lái)說(shuō)，空客飛機(jī)的要求更簡(jiǎn)單，同類(lèi)型的鉚釘只有一個(gè)極限值或范圍值要求。其他機(jī)型也與空客類(lèi)似。

4 總結(jié)

在飛機(jī)維修方案的設(shè)計(jì)及維修方案實(shí)施的過(guò)程中，需要明確安裝鉚釘?shù)念?lèi)型及相應(yīng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)。維修施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照手冊(cè)、方案標(biāo)準(zhǔn)的要求來(lái)完成。不同類(lèi)型的鉚釘是否被正確地鉚接，直接影響飛機(jī)在飛行中載荷的傳遞及結(jié)構(gòu)的承載，只有嚴(yán)格執(zhí)行維修標(biāo)準(zhǔn)才能確保飛行安全。