高鎖螺栓 ,其干涉量為 11 77 %,這是普通錘擊安裝方法難以實現的。 Electroimpact公司采用電磁鉚接成功地進行了環槽釘的安裝。實驗表明采用電磁鉚接安裝的環槽釘在剪切強度和疲勞壽命方面均達到或超過液壓方法安裝的高鎖螺栓 [ 14 ]。
必須大于金屬結構鉚接時的釘孔間隙。鉚接實驗發現釘孔間隙在 01 3～01 4 mm時鉚接質量容易保證。當釘孔間隙較小時 ,接頭干涉量較大 ,容易對復合材料造成損傷 ;如果釘孔間隙過大 ,鉚接時
鉚釘容易偏斜 ,影響接頭強度。
3 干涉配合緊固件安裝
為提高結構疲勞壽命 ,國內外各先進飛機制造中均采用了大量干涉配合緊固件。如空客 A320機翼下壁板僅鈦合金干涉螺栓就有 11 000個[11] ,F15僅錐形干涉螺栓就有 5 500個 ,伊爾 86上使用的各種干涉配合螺栓達 34 400個[ 12 ]。目前干涉配合緊固件一般采用液壓壓入或錘擊打入的方法。這種方法存在如下的一些缺點 :①緊固件容易屈服并且膨脹 ,安裝比較困難 ;②對于具有較大干涉量的金屬緊固件 ,采用打入的方法容易造成孔壁損傷 [13] ,而液壓安裝往往要求結構比較開敞。因而普通安裝方法只能實現低干涉量緊
圖 3 電磁鉚接安裝的高鎖螺栓 (干涉量 11 77 %) Fig1 3 Installed interference lockbolts using stress wave (11 77 % interference)
安裝干涉配合緊固件時 ,由于摩擦力的作
用 ,一部分夾層材料被擠出 ,形成材料堆積 ,在
板件表面出現凸起 ,即所謂的“凸瘤”。“凸瘤”
使疊層件中各板件相互分離 ,減小了它們之間
的摩擦力 ,同時接觸應力集中在“凸瘤”頂部 ,使
磨損腐蝕加快 ,降低了連接接頭的抗疲勞性
能[15 ]。因而在緊固件安裝時要盡量減小“凸
瘤”。在同樣安裝條件下 ,隨著干涉量水平的提
高 ,高度增大。實驗表明采用電磁鉚接
“凸瘤”安裝時產生的“凸瘤”較小 ,有利于接頭疲勞強 度的提高。表 3為測量結果。
表 3 不同材料安裝緊固件后出口處的 “凸瘤”尺寸 Table 3 Protuberance heights of different methods
夾層材料液壓安裝 / mm應力波安裝 / mm
30CrMnSiA (2層) 01 05 01 02
30CrMnSiA (3層) 01 06 01 04
L Y12CZ(2層) 01 07 01 03
L Y12CZ(3層) 01 09 01 05
4 對中國電磁鉚接技術發展的建議
電磁鉚接是一種先進的鉚接工藝 ,在大飛機制造中有廣泛的應用前景。電磁鉚槍的后坐力小 ,可以手工鉚接大直徑鉚釘 [16] ,能夠解決大飛機制造中普通錘鉚無法鉚接大直徑鉚釘的問題。另外 ,電磁鉚接可以解決大飛機制造中廣泛應用的鈦合金鉚釘等難成形材料鉚釘的鉚接難題 ,電磁鉚接能提高接頭的疲勞壽命 ,采用電磁鉚接技
術是解決大飛機結構長壽命問題的有效途徑。
國外電磁鉚接技術應用已比較普遍 ,而國內
High impact portable riveting ap2 盡管西北工業大學、北京航空制造工程研究所、paratus: USA,3,559,269[P].1968211215.
[2] Beal B H. Fastening on the F214A for cost effective fa2 tigueresistance[R]. NASA74N30955,1972.
決鉚接難題和提高結構疲勞壽命的關鍵工藝方法 ,建議盡快開展以下工作 :
(1)
國外先進電磁鉚接設備的引進和國產電磁鉚接設備的工程化。國外各航空公司目前廣泛應用美國 Electroimpact公司的電磁鉚接設備 ,包括手持式和自動化的電磁鉚接設備。為盡快解決目前生產中的問題可適當引進美國的設備。但國外設備價格非常昂貴 ,一臺自動化電磁鉚接設備需要數百萬美元 ,手持式電磁鉚接設備也要 30萬美元。國產手持式電磁鉚接設備的性能和國外產品幾乎沒多大差別 ,而價格非常低。因此 ,在引進的同時盡快將國產電磁鉚接設備工程化將有利于電磁鉚接技術在我國的推廣應用。
(2)
電磁鉚接工藝的研究和工藝規范的制定。電磁鉚接技術是一種新技術 ,鉚接時材料的變形方式等不同于普通鉚接 ,因此 ,不能照搬普通鉚接的工藝。為使電磁鉚接技術盡快得到應用 ,必須開展系統的電磁鉚接工藝研究 ,并制定相應的工藝規范。
(3)工藝部門和設計部門相結合獲取電磁鉚接技術相關數據。電磁鉚接技術要在大飛機制造中得到應用 ,必須得到設計部門的認可。因此 ,獲取權威的電磁鉚接技術的疲勞壽命等參數也是必須先期完成的重要工作 ,這項工作需要工藝部門和設計部門結合起來共同開展。
5 結 論
電磁鉚接是一種新的工藝方法 ,在干涉配合鉚接、復合材料結構鉚接、干涉配合緊固件安裝方面有傳統鉚接方法無法比擬的技術優勢。采用電磁鉚接能夠減小鉚接噪聲 ,改善勞動條件 ;電磁鉚接可以解決普通鉚接方法在鉚接難成形材料鉚釘鉚接時所遇到的困難。電磁鉚接技術在大飛機制造中將發揮重要作用 ,有廣泛的應用前景。為使電磁鉚接技術盡快得到應用 ,必須進行系統的電磁鉚接工藝研究和國產電磁鉚接設備的工程化。
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