飞机装配工艺学

绪言 飞机制造过程可划分为毛坯制造、零件加工、装配安装和试验四个阶段。 飞机装配过程:零件—组合键—板件—锻件—部件—机体—飞机。 安装是将发动机、仪表、操纵系统和附件等安装在机体中。 从构造和工艺上讲,飞机的各部分差别很大,发动机、机载电子设备、仪表、液压系统等都有专门厂家生产。通常飞机制造仅指飞机机体零件制造、部件装配和整机总装。飞机制造厂完成的是飞机机体的制造和各个系统的安装。 飞机装配的连接技术包括铆接、螺接(螺栓和螺钉)、胶接和焊接(胶焊)。以机械连接(铆接和螺接)为主,大量采用铆接,并使用一部分螺栓连接。尤其是复杂和受力较大的地方主要采用铆接和螺接。 第一章飞机装配过程和装配 第一节飞机结构的分解 零件:由整块材料制造的工件的基本部分称为零件。 组合件:几个骨架零件彼此连接起来的装配件称为组合件,如大梁、翼肋、隔框、翼尖等。 板件:一些骨架零件和蒙皮连接起来的装配件称为板件。(由蒙皮、长桁和翼肋或隔框的一部分组成的独立单元)部件:由板件、组合件和零件构成的,在构造上和工艺上完整的机体部分。 段件:部件的一部分。 飞机结构划分成许多部件和可卸件后,在部件与部件间、部件与可卸件之间在结构上形成了分离面,因这种分离面是为结构和使用需要而取的,故称为或使用分离面。 飞机仅划分为部件,不能满足装配过程的要求。为了生产需要,需将飞机结构进一步划分。即将部件进一步划分为段件,段件进一步划分为板件及组合件等各种装配单元。这种为满足生产需要而划分的分离面称工艺分离面。 ●合理划分工艺分离面,有显著的技术经济效果: (一)增加了平行装配工作面,可缩短装配周期; (二)减少了复杂的部件装配型架数量; (三)由于改善了装配工作的开敞性,因而提高装配质量。 ●部件、段件划分为板件后,具有重要的经济意义: (一)为提高装配工作的机械化和自动化程度创造了条件,板件化程度已成为评定结构工艺性的重要指标之一; (二)有利于提高连接质量。 ●飞机结构的划分,其重要意义不仅仅表现在需要综合考虑结构、使用和生产上的要求,而且由于划分的结果,必然会涉及强度、重量和气动方面的问题。 ●飞机设计时,应考虑工艺分离面的部位、形式和数量,必须从成批生产的要求出发。 ●对于飞机结构上已具备的工艺分离面,在生产中是否加以利用,这取决于综合的技术经济分析结果。 ●在装配过程中,使用两种装配基准:以骨架外形为基准和以蒙皮外形为基准的装配。 第三节装配定位 ●装配定位--在装配过程中,确定零件、组合件、板件、段件之间的相对位置。 ●定位要求: 1.保证定位符合图纸和技术条件所的准确度要求; 2.定位和固定要操作简单且可靠; 3.所用的工艺装配简单,制造费用少。 第三节装配定位 一、用基准零件定位 在一般机械产品中,大量采用这种方法。在飞机制造中,液压、气动附件以及具有复杂空间结构的操纵控制机构,采用这种方法装配定位。 二、翼肋中段用划线定位三、用装配孔定位四、用坐标定位孔定位五、用基准定位孔定位 1、安装定位孔定位方法的联系和区别: (1)装配孔定位的孔分别配置在相装配的两个零件上; (2)坐标定位孔分别配置在型架上及零件上; (3)基准定位孔定位的孔分别配置在相装配的两个装配件(组合件、板件或段件)上。 六、用装配型架定位 ●二次定位:指装配过程中某些外形和接头已经装配完毕,而下一个装配阶段又需在另一个型架上再次定位。 ●飞机装配中,大力推广安装定位孔的定位方法,可大大简化装配型架,且改善型架内的工作通路。 第二章飞机装配准确度 第一节基本概念 1、飞机装配的准确度对飞机的各种性能的影响: (1)飞机外形的准确度直接影响到飞机的空气动力性能; (2)飞机各种操纵机构的安装准确度,将直接影响飞机的各种操纵性能; (3)零件制造和装配过程中产生的残余应力将影响结构的强度和疲劳寿命; (4)飞机装配的准确度会直接影响产品的互换性。 2、飞机空气动力外形的准确度 ①飞机外形准确度 飞机各部件外形准确度要求 飞机外形波纹度要求 ②外形表面平滑度 3、各部件之间对接的准确度 ●部件之间对接接头的结构形式有:叉耳式接头和凸缘式接头。 二、制造准确度和协调准确度 ●制造准确度是指飞机零件、组合件或部件的实际形状和尺寸与飞机图纸上规定的公称尺寸相符合的程度; ●协调准确度是指两个相配合的零件、组合件或部件之间相配合部分的实际几何形状和尺寸相符合的程度。 ●在一般的机械制造中,各个零件和组合件都是独立地根据图纸尺寸制造的。配合尺寸之间的协调准确度是通过独立地控制各零件和组合件的制造准确达到的。 ●飞机制造中,由于飞机结构尺寸大,形状复杂,为保证零件、组合件或部件之间配合表面的形状和尺寸的协调准确度,如果是以它们本身更高的制造准确度来达到,在经济上既不合理,技术上又很困难。 第一节基本概念 1、飞机装配中,对协调准确度的要求包括两个方面: (1)工件与工件之间的协调准确度; (2)工件与装配夹具之间的协调准确度。 ●要达到工件与工件以及工件和装配夹具之间的协调准确度,首先保证有关工艺装备之间的协调准确度。 ●补偿方法是零件或装配件某些准确度要求高的尺寸,在装配时或装配后,通过修配、补充加工或调整,部分消除零件制造和装配误差,最后达到所要求的准确度。 ●飞机装配中的补偿方法分为两类:工艺补偿和设计补偿。 ●工艺补偿方法包括:装配时相互修配和装配后精加工。 ●设计补偿方法包括:垫片补偿、间隙补偿、连接补偿件和可调补偿件。 第三章铆接和铆接结构装配 第一节普通铆接 ●铆接的优点:连接强度比较稳定可靠,容易检查和排除故障,使用工具简单,价格低,适用于较复杂的结构的连接。 ●铆接的缺点:增加了结构的重量;钉孔对材料有削弱,引起应力集中使疲劳强度低;噪音造成职工的职业病。 ●普通铆接是指最常用的凸头或埋头铆钉铆接,其铆接过程是:制铆钉孔、制埋头窝,放铆钉、铆接。 ●确定铆钉孔的位置 铆钉孔的位置,一般是指边距、排距(行距)、孔距 确定钉孔位置的方法有:(1)按画线钻孔;(2)按导孔钻孔;(3)按钻模钻孔。 ●埋头窝过深,蒙皮受力后,会使铆钉松动,降低连接强度。 正铆的优点:铆接埋头铆钉时表面质量好,蒙皮不受锤击; 正铆的缺点:顶铁较重,劳动强度大,铆枪必须置于工件内。 反铆的优点:顶铁较轻,劳动强度小; 反铆的缺点:部分锤击力直接打在钉头周围的零件表面。 ●铆枪铆接存在的问题: (1)铆接质量不稳定,铆接质量取决于工人技术水平; (2)铆接变形大; (3)噪音大,振动大,劳动强度大,劳动条件差; (4)劳动生产率低。 ●压铆的优点: (1)铆接质量稳定,与操作者技术水平关系较小; (2)工件变形小; (3)工人的劳动条件好; (4)劳动生产率高。 ●压铆系数:用压铆的铆钉数/全机铆钉总数,反映铆接机械化水平的标志。 4. 压铆机 ●压铆机分固定式压铆机(单个和成组)和手提式压铆机两类。 ●干涉配合:铆接后钉杆与孔之间形成的紧配合。 ●采用无头铆钉铆接的优点: (1)输送铆钉方便; (2)铆接时同时形成钉头和镦头,铆接后沿铆钉杆全长形成均匀的干涉配合,能成倍地提高连接件的疲劳寿命; (3)采用无头铆钉干涉配合的铆接,能够可靠地保证铆钉自身的密封性。 二、干涉配合对疲劳寿命的影响 ●铆接时产生疲劳破坏的原因,主要是带圆孔的板件受拉时,沿孔的边缘产生很大的应力集中,在交变载荷的作用下,使孔边缘上的细小裂纹逐渐扩大而引起疲劳破坏。 ●干涉配合之所以能提高疲劳寿命,主要是由于在板件上孔的周围有较大的径向预压力,在交变载荷作用下,使孔边缘处应力变化的幅度显著降低,推迟了疲劳裂纹的产生,从而提高了疲劳寿命。 ●在飞机的铆接技术中,除了采用普通铆接和无头铆钉铆接以外,在结构比较封闭的地方,采用单面铆接,即从单面接近工件完成铆接;在有些结构上还采用了环槽铆钉的铆接。由于这些特种铆钉的铆接质量比较稳定,操作简便,铆接时无锤击噪音等,故应用的部位和数量在不断增加。 ●提高螺栓连接件疲劳寿命的方法 (1)提高螺栓和螺栓孔的精度和光洁度; (2)采用干涉配合; (3)采用挤压孔壁的方法。 二、组合件和板件装配过程 (1)零件的定位及定位铆接; (2)钻孔锪窝和铆接; (3)补偿铆接及安装工作。 一、段件、部件装配的技术要求:1.要保证部件设计分离面的协调和互换以及外形准确度;2.成批生产时,部件内各系统的安装工作,如操纵、液压、冷气、起落架等,力求在段件、部件装配时完成,还要按技术条件的 规定进行各种试验。 部装、总装的原则: 1)为减少飞机总装配工作量及缩短飞机总装配周期,应尽可能把总装配工作内容安排在部件装配阶段完成。 2)为减少部件装配阶段的工作量及缩短飞机装配周期,应尽可能将装配工作分散到组合件和板件中去。 二、段件和部件装配过程 第一阶段,型架内装配; 第二阶段,型架外装配及安装工件; 第三阶段,最后精加工,检验及移交。 ●胶接的优点:不削弱结构材料,应力集中最小,疲劳强度高;密封性好;表面光滑,气动性能好。 ●胶接的缺点:剥离强度低;生产质量控制严格;胶接质量受很多因素影响;存在老化问题。 ●胶接是通过胶粘剂的作用把被粘物连接在一起,形成胶接接头。 二、内聚力和胶粘剂的固化 ●胶粘剂固化:液体的胶粘剂在浸润被粘物表面之后,必须通过适当的方法使它变成固体,即本身产生足够强的内聚力,这样,胶接接头才能承受各种负荷。 胶粘剂:热塑性高分子化合物热固性高分子化合物 四、胶接接头的应力分布 ●胶接强度与胶粘剂性能、被粘物表面状况、胶层厚度、工件刚度和接头形式有关。 ●钣金结构胶接接头的主要形式是面间的连接,面接接头的四种受力形式是:剪切、拉伸、不均匀扯离和剥离。 ●从应用的角度,可以将胶粘剂分为结构胶粘剂和非结构胶粘剂两大类。用于胶接结构件的承载的胶粘剂是结构胶粘剂,不承载而是作其它用途的胶粘剂,如密封胶、导电胶等,都属于非结构胶粘剂。 一、胶粘剂的组分 胶粘剂通常是由几种甚至十几种材料所组成。其中有作为基本粘接材料的粘枓(基料),以及为满足特定的物理、化学反应和性能要求而加入的各种配合剂:如固化剂或硫化剂,催化剂,增韧剂或增塑剂,增粘剂,防老剂,触料或触变剂,溶剂或稀释剂等等。 第六章点焊和胶焊结构装配 焊接(点焊)的优点:生产率高、成本低;比铆接结构重量轻;表面光滑;劳动条件好。 焊接(点焊)的缺点:集中应力大,疲劳强度低;可焊性差;不同材料不能点焊,零件厚度相差太大或三层以上的结构不能进行点焊。 第七章飞机总装配及机场工作 飞机总装配: 飞机机体各部件对接,进行水平测量 安装调整发动机、燃油和滑油系统,安装调整发动机操纵系统 液压和冷气系统的设备、附件和导管的安装、敷设和试验 起落架及其收放机构、信号系统的安装、调整和试验 飞机操纵系统的安装和调整 电气、无线电、仪表设备与电缆的安装、敷设和试验 高空设备的安装和试验 特种设备的安装和试验 第一节飞机总装配 ●装配站工作:在总装配中必须在飞机上安装调试的工作。 ●工作台工作:在总装配中不在飞机上的总装配工作(准备、组合及调试工作)。 ●原则:为减少飞机总装配工作量及缩短飞机总装配周期,应尽可能把总装配工作内容安排在部件装配阶段完成。在编制总装配工作的流水作业时,应尽可能把总装配工作内容安排在工作台上完成。 二、各系统、设备的安装、调整和检验 1.安装依据 飞机总装配的安装依据是图纸和技术条件,但因飞机结构要充分利用机内有限空间,管路、线路及各种附件等的布置很少是设计在同一个平面内的,安装图纸难以表达这种空间的复杂关系,故图纸往往是原理图或半安装图,所以安装工作往往还要用“样机”作为安装的补充依据。 第八章装配型架的设计 ●型架按工作性质分:装配型架、对合型架、精加工型架、检验型架等。 ●装配型架按装配对象的连接方法分:铆接装配型架、胶接装配型架、焊接装配型架等。 ●装配型架按工序分:组合件装配型架、板件装配型架、段件装配型架和部件装配型架等。 一、装配型架的构造 骨架:型架的基体,固定和支撑定位件、夹紧件等元件,保持其元件的空间位置的准确度和稳定性。 定位件:型架的主要工作元件,用以保证工件在装配过程中具有准确的位置。 夹紧件:使工件牢靠地固定在定位件上的加力元件。 辅助设备:包括工作踏板、工作梯、托架、工作台、起重吊挂、地面运输车及照明、压缩空气管路等。 二、型架的功用及特点 1.保证产品的准确度及互换性; ①为保证产品的准确度,型架定位件的数量要根据零件或装配件的刚度适当加多; ②装配型架或夹具要能限制工件的装配变形; ③型架的另一特点是它的成套性和协调性。 2.改善劳动条件、提高装配工作生产率,降低成本。 第十二章飞机构造工艺性 一、飞机构造工艺性的意义 构造工艺性:在保证产品使用质量的条件下,在产品制造过程中能够采用最合理、最经济的工艺方法,从而达到高生产指标的那些构造属性。 第一节飞机构造工艺性的一般概念 结构继承性系数: 结构板件化系数: 铆接机械化系数: 零件重复性系数: 标准件重复性系数: 一、飞机结构的继承性 二、简化飞机外形 三、合理地确定工艺分离面 1. 部件划分为段件的工艺分离面 根据工艺要求,部件中各段结构有很大差别时应取工艺分离面。例如,以板件组成的机身段和以整体框和加强框为主组成的机身段之间、气密舱和非气密舱之间、铝合金结构的机身段和不锈钢和钛合金结构的机身段之间一般应取工艺分离面,以便于按工艺特点组织段件生产,缩短装配周期。 ●增加划分段件的工艺分离面,要以增加结构重量为代价。机身一般不轻易增加划分段件的分离面,只取工艺分离面,而不取设计分离面。 ●对于大型飞机,增加段件的分离面,结构重量增加的更多。很多大型客机,翼展有40-50米,一般整个机翼都不取设计分离面,而在翼弦方向只取少数工艺分离面,采用长达30米的大型机翼壁板。 2. 部件划分为板件的工艺分离面 部件划分为板件对构造工艺性有重要意义。合理划分板件,在装配工作中可以改善劳动条件,便于机械化和点焊,缩短装配周期,降低产品的制造成本。飞机部件板件化程度,一般达到80%以上。 四、提高飞机各部件之间对接的结构工艺性 五、提高部件骨架结构的工艺性 六、提高结构的整体性 现代飞机的速度不断提高,飞机结构的单位面积载荷不断增加。为了减轻重量,提高飞机结构的整体性是必然的发展趋势。整体结构件主要是用数孔加工,加工效率和精度都很高,零件数量大大减少,装配工作量显著减少,型架的结构简化,产品的制造准确度和协调准确度将显著提高。 七、选用合理的连接方法 用硬铝或超硬铝合金制成的结构,宜于用铆接和胶接,也可以用点焊,但连接夹层超过8mm或厚度比大于3:1,或者夹层在三层以上,不能用点焊,应用铆钉或螺栓连接。 在不可卸的机械连接中,应尽量用铆接而不用螺栓连接,因铆钉的制造成本低,铆接所用的工时少,铆接的费用低。而螺栓连接件的制造和安装费用比铆接大得多,螺栓和孔的配合精度越高,所需费用越多。 八、选用工艺性好的材料 随着对新飞机的性能和结构效率的要求不断提高,新的高强度的材料不断出现,高强度的铝合金、合金钢和各种耐热合金的用量不断增加。在选用材料时,除主要考虑材料的物理、机械性能外,还应当重视材料的工艺性,在满足结构要求的前提下,尽量选用加工性好的材料。 九、零件和结构尺寸的规格化 十、减少标准件的种类和规格 在飞机设计中,对标准件的选用也应重视。标准件的种类和规格繁多,设计时如任意选用,会给生产、供应、使用和管理带来许多困难。