第四节__铆接和铆接结构装配

1四、铆接、螺栓连接和铆接结构装配飞机制造中常用的连接方式包括：铆接螺栓连接胶接焊接其中用的最多的是铆接和螺栓连接，大型飞机上有上百万个铆钉。目前铆接仍然是飞机装配中的主要的连接方法，其原因是：铆接的连接强度比较稳定可靠，容易检查和排除故障，适用于较复杂的结构的连接。铆接中最常见的是普通铆接。2各种新型连接件（a）镦埋头钉；（b）半冠头铆钉；（c）全冠头铆钉；（d）无头铆钉；（e）高抗剪铆钉；（f）钛合金铆钉；（g）钢抽芯钉；（h）环槽铆钉；（i）高锁螺栓；（j）锥形螺栓。34.1普通铆接常见的是凸头和埋头铆钉，其铆接过程是：钻孔→惚窝（埋头钉）→放铆钉→铆接凸头铆钉埋头铆钉钉头钉杆镦头4（一）钻孔孔径＞钉杆直径（0.1～0.3mm）。钉孔不能太小，也不能太大；太小钉杆放不进，太大撑不满。对于铆钉孔的质量，除满足孔径的公差要求外，对于孔的椭圆度、垂直度、孔边毛刺、孔边光洁度，都有相应的要求。钉孔位置确定：（1）按画线钻孔方法简易可行，但效率比较低、准确度较低，适用于新机试制。5（2）按导孔钻孔首先在一个零件上钻小孔，装配定位后，按小孔将装配零件一起钻通，如蒙皮和桁条的连接，先在桁条上钻导孔。该方法效率较高，常用于成批生产。按导孔钻孔1—带导孔的长桁；2—蒙皮6（3）按钻模钻孔为了保证孔的位置准确度，使带孔的零件或组合件能够互换，而采用按钻模钻孔的方法。钻模上的导套有导向作用，能保证孔的垂直度。按钻模钻孔1—钻模；2—螺钉孔；3—油箱底板7（二）惚窝用于埋头铆钉。高速飞机上蒙皮与骨架之间的连接，主要用埋头铆钉，埋头窝的深度要控制，铆接后只允许铆钉头高出蒙皮表面，公差为+0.1毫米。若埋头窝过深，蒙皮受力后，会使铆钉松动。正确的埋头铆钉深埋头窝的受力情况8（三）制孔工具设备（1）风钻（2）自动钻惚装置圆筒形板件的自动钻惚装置1—板件；2—靠模板；3—钻惚动力头；4—夹紧件；5—转动框架；6—支座；7—横向移动机构；8—转动机构；9—夹紧工作头9机翼板件的自动钻惚装置1—板件装配型架；2—板件外形靠模；3—供孔距定位的纵向靠模；4—钻孔动力头；5—板件。当沿长桁钻惚铆钉孔时，可在靠模板上装几个钻惚动力头，同时进行自动钻孔。10（四）铆接1：锤铆最普通的铆接，是利用铆枪的活塞撞击铆卡，在铆钉的另一端由顶铁顶住，使钉杆镦粗，形成镦头。锤铆有两种方法。（1）正铆正铆是用顶铁顶住铆钉头，铆枪的锤击力直接打在钉杆上而形成镦头。（2）反铆反铆是铆枪在铆钉头那面锤击，用顶铁顶住钉杆一端面而形成镦头。11正铆反铆1—铆枪；2—顶铁正铆的优点是：在铆接埋头铆钉时表面质量好，因为铆枪直接打在钉杆上，蒙皮不受锤击。但其顶铁较重，一般用于铆接蒙皮表面。反铆的优点是：顶铁重量轻，一般为正铆的四分之一，并且铆枪锤击力直接打在钉头的零件表面上，能够促使工件贴紧，故在铆接骨架结构时用反铆。12锤铆存在以下缺陷：（1）铆接质量不稳定。铆接质量很大程度上取决于工人水平，容易产生各种缺陷，降低铆接强度。（a）孔径口超差；（b）铆钉孔错位；（c）埋头窝过深；（d）铆钉头未贴紧零件；（e）墩头偏斜；（f）夹层有间隙13（2）铆接变形大。铆钉杆镦粗不均匀，靠近镦头部分镦粗较大，而靠近钉头部分镦粗很小，铆接后钉杆呈圆锥形。（3）劳动强度大，噪音大，振动大，劳动条件差。（4）劳动生产率低。142：压铆靠压铆机的静压力镦粗钉杆，形成镦头。压铆力：P=uσbA（公斤）其中：u—修正系数，建议u=2.0～2.2；σb—塑性变形强度极限。A—镦头的径向截面积。压铆有以下优点：（1）铆接质量稳定，与操作者技术水平关系较小，表面质量好；（4）工人的劳动条件好。（3）工件变形小；（2）劳动生产率高；15压铆机：固定式压铆机成组压铆机1—床身；2—下动力头；3—上动力头；4—梁架；5—框架；6—板件；7—滑车；8—立柱；9—地轨。16压铆机工作过程：1：板件尚未调平，压铆机托架带着板件向上移动。2：板件接触调平触头，开始调平板件。3：板件已经调平，准备进行成组压铆。4：上铆模下降，贴紧工件上表面。175：下铆模和夹紧件上升，与上铆模一起夹紧工件。6：松开铆模，并准备继续压铆下一组铆钉。184.2密封铆接飞机在高空中飞行，机舱需要密封，以防气压下降；飞机的机身和机翼的一部分形成整体油箱，也必须密封，保证不漏油。机翼整体油箱位置示意图1—肋；2—通气防溢油箱；3—1号传输油箱；4—1号油箱；5—2号油箱；6—中央翼油箱；7—3号油箱；8—4号油箱；9—4号传输油箱19普通铆接不能密封，其泄漏途径：一是沿铆钉与钉孔之间的缝隙，二是沿零件之间的缝隙泄漏。密封铆接就是消除这些缝隙以堵住泄漏。20（一）密封形式1：自密封铆钉密封。铆钉铆接后形成干涉配合，具有自身密封的功能。（a）镦埋头铆钉；（b）全冠头铆钉；（c）半冠头铆钉；（d）BRILES铆钉带O形密封圈的螺栓和托板螺帽212：缝内密封。在铆钉缝和零件缝之间刷密封胶。223：缝外密封。铆接后，在铆缝外涂以密封胶。4：表面密封。1—表面密封；2—缝外密封；3—缝内密封。一般情况下，经常三种密封同时采用，确保结构的密封性。23（二）密封材料1：密封胶主要是聚硫橡胶，能够保证活性期，施工时不凝固。2：密封腻子不硫化型生橡胶。（4）密封胶不能有毒。（3）在汽油和高温下仍有良好的密封性能。（2）必须耐老化性，要求与飞机同寿命。密封胶选择时要求：（1）必须与金属有好的粘合力。24（二）密封试验1：气密试验主要针对气密座舱，充到一定的气压，看气压下降需要多少时间。2：油密试验主要针对整体油箱，一般内装80%的煤油，充以一定的压缩空气，停放一段时间，看有无渗漏；再在油箱不充压的情况下，模拟各种状态，停放14-21小时，如不漏油，才算合格。254.3无头铆钉铆接无头铆钉铆接，就是将没有铆钉头的实心圆杆作为铆钉。（a）铆成埋头；（b）铆成凸头。1—工件；2—无头铆钉26无头铆钉埋头窝一般制成两个锥度，主要原因：（1）埋头窝的锥度减少，铆接时易于填满埋头窝，保证干涉配合和密封性能。（2）可以减少压铆力。因为锥度减少，需填充的金属减少，压铆力相应减少。27无头铆钉的优点：（1）沿钉杆全长产生了一定的均匀的干涉量，提高了连接件的疲劳寿命。钉孔和钉杆之间的干涉配合，在钉孔和钉杆之间产生了一定的内应力，降低了最大应力与最小应力之间的差值。铆接时产生疲劳破坏的原因，主要是带圆孔的板件受拉时，在孔的边缘产生很大的应力集中，在交变载荷作用下，产生破裂。（2）增加了密封性。28松配合时在交变载荷作用下在孔附近沿X轴的应力分布曲线图中反映最大应力和最小应力相差非常大。29干涉配合时在交变载荷作用下在孔附近沿X轴的应力分布曲线图中反映最大应力和最小应力相差明显减少。30干涉量大小，不能太大，也不能太小，太小不起作用，太大产生的预应力引起结构变形，对于铝合金，一般干涉量取1.5～3.0%影响干涉量的因素：1：铆接前铆钉的外伸量。钉杆越长，干涉量越大，图中如果H1和H2太小，则不足以形成所要求的钉头和墩头，也得不到预期的干涉量。1—凸出部分；2—部分埋头窝；3—间隙；4—墩头3：铆模形状。不宜用平铆模，而采用凹铆模。2：钉孔间隙和埋头窝深度。间隙大、埋头窝深，干涉量相应减少；间隙太小，则装钉困难。314.4自动铆接也就是铆接的机械化和自动化。自动铆接包括两种：（1）单工序自动化也就是将钻孔和压铆在不同的机器上完成，需要重新装夹。（2）全过程自动化。在一台铆接机上，自动完成：钻孔、惚窝、送钉、压铆、铣平钉头。32（一）自动铆接应用按铆钉类别分类（1）有头铆钉的自动铆接埋头铆钉自动铆接（a）夹紧工件；（b）钻孔、惚窝；（c）放铆钉、压铆；（d）松开夹紧件33（2）无头铆钉的自动铆接无头铆钉的自动铆接可以铆成凸头铆钉，也可以铆成埋头铆钉。34（3）特种铆钉自动铆接环槽铆钉自动铆接35自动铆接单面抽芯铆钉36（二）自动铆接机1：弓臂式自动铆接机1—上动力头；2—下动力头；3—床身；4—送钉机构上动力头有上压紧件和可以移位的钻惚、压铆、铣切三个工作头。下动力头是可以升降的下铆模和下压紧件。H和M决定铆接件的宽度和曲度。372：龙门式自动铆接机3：大型五坐标数控自动铆接机1—底座；2—弓臂；3—导轨；4—下动力头；5—上动力头；6—床身；7—控制台；8—纵向导轨；9—板件38数控自动定位调平托架托架由三部分组成：两端的左右架车；支撑在架车中间的矩形框架；控制电路。39机器人在铆接装配中的应用用机器人在型架内钻孔1—待钻孔板件；2—机器人；3—正在钻孔的板件。404.5特种铆接在飞机的铆接中，除普通铆接和无头铆钉铆接外，在结构比较封闭不开敞的地方，采用单面铆接，从一面接近工件，有一些地方还采用环槽铆钉铆接。（一）单面铆接1：单面抽芯铆钉1—芯杆；2—钉套由芯杆和钉套组成，用拉铆枪抽拉。缺点：适用于机身和机翼上厚度比较小的非主要受力部位的封闭处。（2）结构受振动载荷时，芯杆易从钉套中脱落。（1）芯杆和钉套不为一整体，铆钉受拉时，仅钉套受力；强度低。41鼓包型单面抽芯铆钉（a）放铆钉并开始拉铆；（b）消除零件间的间隙；（c）压入锁圈；（d）拉断钉杆为克服单面抽芯铆钉缺点，在芯杆和钉套之间增添了锁圈，不易脱落，但鼓包形成时，钉套尚未充分胀大。因此孔壁上的预应力不足。422：拉丝型抽芯铆钉（a）放入铆钉；（b）开始拉铆；（c）消除零件间的间隙；（d）拉丝过程；（e）压入锁圈；（f）拉断钉杆。由芯杆、钉套、锁圈三部分组成，拉铆完成后，在铆钉和钉孔之间产生干涉配合。与上面铆接相比，其拉断力、拉脱力、芯杆压出力都要高。43拉丝型抽芯铆钉杆压出力试验抽芯铆钉头的几种形式（a）、（b）普通抽芯铆钉；（c）、（d）用于薄蒙皮的抽芯铆钉；（e）用于蜂窝结构的抽芯铆钉。有无锁圈压出力相差很大443：单面螺钉单面铆接拉枪工作头示意图1—卡爪；2—活动部分；3—固定部分。单面螺钉1—变形环；2—螺丝；3—带内螺纹的钉套。尾翼采用单面铆钉的位置45（二）环槽铆钉铆接由带环槽的钉杆和钉套组成。环槽铆钉1—钉杆；2—钉套抗拉型环槽铆钉抗剪型环槽铆钉环槽铆钉可代替螺栓，其拉脱力＞螺栓环槽钉分为：抗拉型。钉头大，环槽长。抗剪型。钉头小，环槽短。46拉铆型环槽铆钉的拉铆过程（a）放铆钉；（b）开始拉铆；（c）钉套成形好；（d）拉断钉杆；（e）铆好47（三）钛合金的铆接钛合金特点：强度高、比重小、耐热性好、硬度高、塑性差。钻孔时：钻头应该锋利、锋角大、采用短钻头、低钻速、快进给。铆接时：采用压铆和铆枪热铆（加热到700度，提高塑性）。钛合金铆钉热铆热铆加热方式1—顶铁；2—钛合金铆钉；3—铆枪；4—气源；5—电源。484.6螺栓连接在飞机结构中，重要承力结构用螺栓连接，部件之间的连接也主要用螺栓连接。螺栓连接在交变载荷作用下，也会产生疲劳断裂。（一）提高螺栓连接疲劳寿命的方法1：采用干涉配合螺栓螺栓孔和螺栓都经过精加工，用压配合形成干涉配合。492：对孔进行挤压光加工锥体芯棒挤压强化孔壁1—工件；2—芯棒。加套挤压孔壁1—芯棒；2—干膜润滑套管；3—拉枪压紧件。包括两种：（1）锥体芯棒挤压；（2）加套筒挤压。挤压后，在孔壁上形成预应力层，孔和螺栓之间即使是松配合，也能明显提高疲劳寿命。50（二）高锁螺栓连接特点：强度高，重量轻，可控制夹紧力，提高疲劳寿命。主要有三种：高锁螺栓（a）普通高锁螺栓；（b）密封高锁螺栓；（c）带挤压头的高锁螺栓51高锁螺栓安装过程（a）准备安装；（b）进行安装；（c）扭断上螺母，安装完。1—高锁螺栓；2—高锁螺母；3—内六方套筒；4—六角棒。高锁螺母52（三）锥形螺栓连接1—螺栓；2—螺帽；3—垫圈。由螺栓、螺帽、垫圈三部分组成。钉杆和孔是锥形的，沿钉杆全长产生均匀的干涉配合，提高疲劳寿命。锥形螺栓成本较高，主要用于重要受力部位。534.7组合件、板件装配（主要用铆接和螺栓连接）平面组合件结构（a）普通翼肋；（b）带接头的梁；（c）加强肋和隔板；（d）、（e）带接头的加强框。54板件结构（