高锁螺栓 ,其干涉量为 11 77 %,这是普通锤击安装方法难以实现的。 Electroimpact公司采用电磁铆接成功地进行了环槽钉的安装。实验表明采用电磁铆接安装的环槽钉在剪切强度和疲劳寿命方面均达到或超过液压方法安装的高锁螺栓 [ 14 ]。
必须大于金属结构铆接时的钉孔间隙。铆接实验发现钉孔间隙在 01 3～01 4 mm时铆接质量容易保证。当钉孔间隙较小时 ,接头干涉量较大 ,容易对复合材料造成损伤 ;如果钉孔间隙过大 ,铆接时
铆钉容易偏斜 ,影响接头强度。
3 干涉配合紧固件安装
为提高结构疲劳寿命 ,国内外各先进飞机制造中均采用了大量干涉配合紧固件。如空客 A320机翼下壁板仅钛合金干涉螺栓就有 11 000个[11] ,F15仅锥形干涉螺栓就有 5 500个 ,伊尔 86上使用的各种干涉配合螺栓达 34 400个[ 12 ]。目前干涉配合紧固件一般采用液压压入或锤击打入的方法。这种方法存在如下的一些缺点 :①紧固件容易屈服并且膨胀 ,安装比较困难 ;②对于具有较大干涉量的金属紧固件 ,采用打入的方法容易造成孔壁损伤 [13] ,而液压安装往往要求结构比较开敞。因而普通安装方法只能实现低干涉量紧
图 3 电磁铆接安装的高锁螺栓 (干涉量 11 77 %) Fig1 3 Installed interference lockbolts using stress wave (11 77 % interference)
安装干涉配合紧固件时 ,由于摩擦力的作
用 ,一部分夹层材料被挤出 ,形成材料堆积 ,在
板件表面出现凸起 ,即所谓的“凸瘤”。“凸瘤”
使叠层件中各板件相互分离 ,减小了它们之间
的摩擦力 ,同时接触应力集中在“凸瘤”顶部 ,使
磨损腐蚀加快 ,降低了连接接头的抗疲劳性
能[15 ]。因而在紧固件安装时要尽量减小“凸
瘤”。在同样安装条件下 ,随着干涉量水平的提
高 ,高度增大。实验表明采用电磁铆接
“凸瘤”安装时产生的“凸瘤”较小 ,有利于接头疲劳强 度的提高。表 3为测量结果。
表 3 不同材料安装紧固件后出口处的 “凸瘤”尺寸 Table 3 Protuberance heights of different methods
夹层材料液压安装 / mm应力波安装 / mm
30CrMnSiA (2层) 01 05 01 02
30CrMnSiA (3层) 01 06 01 04
L Y12CZ(2层) 01 07 01 03
L Y12CZ(3层) 01 09 01 05
4 对中国电磁铆接技术发展的建议
电磁铆接是一种先进的铆接工艺 ,在大飞机制造中有广泛的应用前景。电磁铆枪的后坐力小 ,可以手工铆接大直径铆钉 [16] ,能够解决大飞机制造中普通锤铆无法铆接大直径铆钉的问题。另外 ,电磁铆接可以解决大飞机制造中广泛应用的钛合金铆钉等难成形材料铆钉的铆接难题 ,电磁铆接能提高接头的疲劳寿命 ,采用电磁铆接技
术是解决大飞机结构长寿命问题的有效途径。
国外电磁铆接技术应用已比较普遍 ,而国内
High impact portable riveting ap2 尽管西北工业大学、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.
决铆接难题和提高结构疲劳寿命的关键工艺方法 ,建议尽快开展以下工作 :
(1)
国外先进电磁铆接设备的引进和国产电磁铆接设备的工程化。国外各航空公司目前广泛应用美国 Electroimpact公司的电磁铆接设备 ,包括手持式和自动化的电磁铆接设备。为尽快解决目前生产中的问题可适当引进美国的设备。但国外设备价格非常昂贵 ,一台自动化电磁铆接设备需要数百万美元 ,手持式电磁铆接设备也要 30万美元。国产手持式电磁铆接设备的性能和国外产品几乎没多大差别 ,而价格非常低。因此 ,在引进的同时尽快将国产电磁铆接设备工程化将有利于电磁铆接技术在我国的推广应用。
(2)
电磁铆接工艺的研究和工艺规范的制定。电磁铆接技术是一种新技术 ,铆接时材料的变形方式等不同于普通铆接 ,因此 ,不能照搬普通铆接的工艺。为使电磁铆接技术尽快得到应用 ,必须开展系统的电磁铆接工艺研究 ,并制定相应的工艺规范。
(3)工艺部门和设计部门相结合获取电磁铆接技术相关数据。电磁铆接技术要在大飞机制造中得到应用 ,必须得到设计部门的认可。因此 ,获取权威的电磁铆接技术的疲劳寿命等参数也是必须先期完成的重要工作 ,这项工作需要工艺部门和设计部门结合起来共同开展。
5 结 论
电磁铆接是一种新的工艺方法 ,在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、干涉配合紧固件安装方面有传统铆接方法无法比拟的技术优势。采用电磁铆接能够减小铆接噪声 ,改善劳动条件 ;电磁铆接可以解决普通铆接方法在铆接难成形材料铆钉铆接时所遇到的困难。电磁铆接技术在大飞机制造中将发挥重要作用 ,有广泛的应用前景。为使电磁铆接技术尽快得到应用 ,必须进行系统的电磁铆接工艺研究和国产电磁铆接设备的工程化。
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