大型飞机通常是指起飞总质量超过100t的军民用大型运输机和150座级以上的大型客机,具有尺寸大、高可靠性及长寿命(大型客机飞行寿命为90000h)等特点。随着我国大型飞机设计与制造技术的发展,飞机的装配质量也有了新的提高。为保证飞机轻量化、长寿命、高可靠性和气密、油密性的要求,无头铆钉、高锁螺栓和冠头铆钉等新型连接方式在大型飞机装配中得到了广泛的应用。由于干涉配合铆接的铆钉能紧密地充满钉窝及钉孔,并使钉孔均匀而适量地胀大,形成钉杆对钉孔的“支撑效应”,所以干涉配合铆接在疲劳寿命和密封性方面优于普通铆接,大型客机C919和支线客机ARJ21在机翼壁板铆接装配中大量使用无头铆钉干涉连接,以满足连接质量要求。随着对飞机制造效率及精度需求的不断提高,以自动钻铆系统为代表的自动化连接设备在壁板装配中得到了大量应用,尤其在无头铆钉干涉连接过程中必须尽可能使用自动化设备。本文主要从无头铆钉干涉连接技术和设备应用两方面展开讨论。
无头铆钉连接工艺流程
无头铆钉是一种没有铆钉头的实心圆杆干涉铆钉,具有以下优点:
(1)铆接后沿铆钉杆全长可形成较均匀的干涉配合,成倍地提高连接结构的疲劳寿命。
(2)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。无头铆钉安装过程必须依靠自动化安装设备,才能符合设计技术要求,实现壁板稳定的、高质量的连接。对单个铆钉连接过程而言,其主要工艺流程包括定位、夹紧、制孔、锪窝、放钉、铆接和铣平,如图1所示。
图1 无头铆钉自动钻铆安装工艺流程
无头铆钉干涉连接技术
无头铆钉连接过程中不仅铆钉镦粗变形,被连接件也因钉杆膨胀和镦头挤压产生不同程度的变形,同时,被连接件多为薄壁件,刚度小、易变形,大量的铆钉连接使薄壁件产生更加复杂的装配变形和残余应力,增加了连接结构的脆性,降低了飞机的疲劳寿命。因此,开展无头铆钉干涉连接方面的技术研究,对大型飞机壁板的精准装配和使用寿命的提高有重要作用,其中应力应变分析是研究的基础。
1 应力应变分析
连接结构主要分为铆钉和被连接件两部分(壁板、长桁等),因此应力应变的分析对象包括铆钉和被连接件。目前对于连接结构的应力应变分析主要围绕被连接件展开,而针对铆钉的研究则较少。研究方法主要包括理论分析、数值模拟和试验研究,并取得了不少有价值的研究成果。
1.1 铆钉应力