第四節(jié)-鉚接和鉚接結(jié)構(gòu)裝配

四、鉚接、螺栓連接和鉚接結(jié)構(gòu)裝配飛機(jī)制造中常用的連接方式包括：鉚接螺栓連接膠接焊接其中用的最多的是鉚接和螺栓連接，大型飛機(jī)上有上百萬(wàn)個(gè)鉚釘。目前鉚接仍然是飛機(jī)裝配中的主要的連接方法，其原因是：鉚接的連接強(qiáng)度比較穩(wěn)定可靠，容易檢查和排除故障，適用于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的連接。鉚接中最常見(jiàn)的是普通鉚接。各種新型連接件（a）鐓埋頭釘；（b）半冠頭鉚釘；（c）全冠頭鉚釘；（d）無(wú)頭鉚釘；（e）高抗剪鉚釘；（f）鈦合金鉚釘；（g）鋼抽芯釘；（h）環(huán)槽鉚釘；（i）高鎖螺栓；（j）錐形螺栓。4.1普通鉚接常見(jiàn)的是凸頭和埋頭鉚釘，其鉚接過(guò)程是：鉆孔→惚窩（埋頭釘）→放鉚釘→鉚接凸頭鉚釘埋頭鉚釘釘頭釘桿鐓頭（一）鉆孔孔徑＞釘桿直徑（0.1～0.3mm）。釘孔不能太小，也不能太大；太小釘桿放不進(jìn)，太大撐不滿。對(duì)于鉚釘孔的質(zhì)量，除滿足孔徑的公差要求外，對(duì)于孔的橢圓度、垂直度、孔邊毛刺、孔邊光潔度，都有相應(yīng)的要求。釘孔位置確定：（1）按畫線鉆孔方法簡(jiǎn)易可行，但效率比較低、準(zhǔn)確度較低，適用于新機(jī)試制。（2）按導(dǎo)孔鉆孔首先在一個(gè)零件上鉆小孔，裝配定位后，按小孔將裝配零件一起鉆通，如蒙皮和桁條的連接，先在桁條上鉆導(dǎo)孔。該方法效率較高，常用于成批生產(chǎn)。按導(dǎo)孔鉆孔1—帶導(dǎo)孔的長(zhǎng)桁；2—蒙皮（3）按鉆模鉆孔為了保證孔的位置準(zhǔn)確度，使帶孔的零件或組合件能夠互換，而采用按鉆模鉆孔的方法。鉆模上的導(dǎo)套有導(dǎo)向作用，能保證孔的垂直度。按鉆模鉆孔1—鉆模；2—螺釘孔；3—油箱底板（二）惚窩用于埋頭鉚釘。高速飛機(jī)上蒙皮與骨架之間的連接，主要用埋頭鉚釘，埋頭窩的深度要控制，鉚接后只允許鉚釘頭高出蒙皮表面，公差為+0.1毫米。若埋頭窩過(guò)深，蒙皮受力后，會(huì)使鉚釘松動(dòng)。正確的埋頭鉚釘深埋頭窩的受力情況（三）制孔工具設(shè)備（1）風(fēng)鉆（2）自動(dòng)鉆惚裝置圓筒形板件的自動(dòng)鉆惚裝置1—板件；2—靠模板；3—鉆惚動(dòng)力頭；4—夾緊件；5—轉(zhuǎn)動(dòng)框架；6—支座；7—橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；8—轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；9—夾緊工作頭機(jī)翼板件的自動(dòng)鉆惚裝置1—板件裝配型架；2—板件外形靠模；3—供孔距定位的縱向靠模；4—鉆孔動(dòng)力頭；5—板件。當(dāng)沿長(zhǎng)桁鉆惚鉚釘孔時(shí)，可在靠模板上裝幾個(gè)鉆惚動(dòng)力頭，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)鉆孔。（四）鉚接1：錘鉚最普通的鉚接，是利用鉚槍的活塞撞擊鉚卡，在鉚釘?shù)牧硪欢擞身旇F頂住，使釘桿鐓粗，形成鐓頭。錘鉚有兩種方法。（1）正鉚正鉚是用頂鐵頂住鉚釘頭，鉚槍的錘擊力直接打在釘桿上而形成鐓頭。（2）反鉚反鉚是鉚槍在鉚釘頭那面錘擊，用頂鐵頂住釘桿一端面而形成鐓頭。正鉚反鉚1—鉚槍；2—頂鐵正鉚的優(yōu)點(diǎn)是：在鉚接埋頭鉚釘時(shí)表面質(zhì)量好，因?yàn)殂T槍直接打在釘桿上，蒙皮不受錘擊。但其頂鐵較重，一般用于鉚接蒙皮表面。反鉚的優(yōu)點(diǎn)是：頂鐵重量輕，一般為正鉚的四分之一，并且鉚槍錘擊力直接打在釘頭的零件表面上，能夠促使工件貼緊，故在鉚接骨架結(jié)構(gòu)時(shí)用反鉚。錘鉚存在以下缺陷：（1）鉚接質(zhì)量不穩(wěn)定。鉚接質(zhì)量很大程度上取決于工人水平，容易產(chǎn)生各種缺陷，降低鉚接強(qiáng)度。（a）孔徑口超差；（b）鉚釘孔錯(cuò)位；（c）埋頭窩過(guò)深；（d）鉚釘頭未貼緊零件；（e）墩頭偏斜；（f）夾層有間隙（2）鉚接變形大。鉚釘桿鐓粗不均勻，靠近鐓頭部分鐓粗較大，而靠近釘頭部分鐓粗很小，鉚接后釘桿呈圓錐形。（3）勞動(dòng)強(qiáng)度大，噪音大，振動(dòng)大，勞動(dòng)條件差。（4）勞動(dòng)生產(chǎn)率低。2：壓鉚靠壓鉚機(jī)的靜壓力鐓粗釘桿，形成鐓頭。壓鉚力：

P=uσb

A（公斤）其中：

u—修正系數(shù)，建議u=2.0～2.2；

σb—塑性變形強(qiáng)度極限。

A—鐓頭的徑向截面積。壓鉚有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）鉚接質(zhì)量穩(wěn)定，與操作者技術(shù)水平關(guān)系較小，表面質(zhì)量好；（4）工人的勞動(dòng)條件好。（3）工件變形?。唬?）勞動(dòng)生產(chǎn)率高；壓鉚機(jī)：固定式壓鉚機(jī)成組壓鉚機(jī)1—床身；2—下動(dòng)力頭；3—上動(dòng)力頭；4—梁架；5—框架；6—板件；7—滑車；8—立柱；9—地軌。壓鉚機(jī)工作過(guò)程：1：板件尚未調(diào)平，壓鉚機(jī)托架帶著板件向上移動(dòng)。2：板件接觸調(diào)平觸頭，開(kāi)始調(diào)平板件。3：板件已經(jīng)調(diào)平，準(zhǔn)備進(jìn)行成組壓鉚。4：上鉚模下降，貼緊工件上表面。5：下鉚模和夾緊件上升，與上鉚模一起夾緊工件。6：松開(kāi)鉚模，并準(zhǔn)備繼續(xù)壓鉚下一組鉚釘。4.2密封鉚接飛機(jī)在高空中飛行，機(jī)艙需要密封，以防氣壓下降；飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼的一部分形成整體油箱，也必須密封，保證不漏油。機(jī)翼整體油箱位置示意圖1—肋；2—通氣防溢油箱；3—1號(hào)傳輸油箱；4—1號(hào)油箱；5—2號(hào)油箱；6—中央翼油箱；7—3號(hào)油箱；8—4號(hào)油箱；9—4號(hào)傳輸油箱普通鉚接不能密封，其泄漏途徑：一是沿鉚釘與釘孔之間的縫隙，二是沿零件之間的縫隙泄漏。密封鉚接就是消除這些縫隙以堵住泄漏。（一）密封形式1：自密封鉚釘密封。鉚釘鉚接后形成干涉配合，具有自身密封的功能。（a）鐓埋頭鉚釘；（b）全冠頭鉚釘；（c）半冠頭鉚釘；（d）BRILES鉚釘帶O形密封圈的螺栓和托板螺帽2：縫內(nèi)密封。在鉚釘縫和零件縫之間刷密封膠。3：縫外密封。鉚接后，在鉚縫外涂以密封膠。4：表面密封。1—表面密封；2—縫外密封；3—縫內(nèi)密封。一般情況下，經(jīng)常三種密封同時(shí)采用，確保結(jié)構(gòu)的密封性。（二）密封材料1：密封膠主要是聚硫橡膠，能夠保證活性期，施工時(shí)不凝固。2：密封膩?zhàn)硬涣蚧蜕鹉z。（4）密封膠不能有毒。（3）在汽油和高溫下仍有良好的密封性能。（2）必須耐老化性，要求與飛機(jī)同壽命。密封膠選擇時(shí)要求：（1）必須與金屬有好的粘合力。（二）密封試驗(yàn)1：氣密試驗(yàn)主要針對(duì)氣密座艙，充到一定的氣壓，看氣壓下降需要多少時(shí)間。2：油密試驗(yàn)主要針對(duì)整體油箱，一般內(nèi)裝80%的煤油，充以一定的壓縮空氣，停放一段時(shí)間，看有無(wú)滲漏；再在油箱不充壓的情況下，模擬各種狀態(tài)，停放14-21小時(shí)，如不漏油，才算合格。4.3無(wú)頭鉚釘鉚接無(wú)頭鉚釘鉚接，就是將沒(méi)有鉚釘頭的實(shí)心圓桿作為鉚釘。（a）鉚成埋頭；（b）鉚成凸頭。1—工件；2—無(wú)頭鉚釘無(wú)頭鉚釘埋頭窩一般制成兩個(gè)錐度，主要原因：（1）埋頭窩的錐度減少，鉚接時(shí)易于填滿埋頭窩，保證干涉配合和密封性能。（2）可以減少壓鉚力。因?yàn)殄F度減少，需填充的金屬減少，壓鉚力相應(yīng)減少。無(wú)頭鉚釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)：（1）沿釘桿全長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的均勻的干涉量，提高了連接件的疲勞壽命。釘孔和釘桿之間的干涉配合，在釘孔和釘桿之間產(chǎn)生了一定的內(nèi)應(yīng)力，降低了最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之間的差值。鉚接時(shí)產(chǎn)生疲勞破壞的原因，主要是帶圓孔的板件受拉時(shí)，在孔的邊緣產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，在交變載荷作用下，產(chǎn)生破裂。（2）增加了密封性。松配合時(shí)在交變載荷作用下在孔附近沿X軸的應(yīng)力分布曲線圖中反映最大應(yīng)力和最小應(yīng)力相差非常大。干涉配合時(shí)在交變載荷作用下在孔附近沿X軸的應(yīng)力分布曲線圖中反映最大應(yīng)力和最小應(yīng)力相差明顯減少。干涉量大小，不能太大，也不能太小，太小不起作用，太大產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力引起結(jié)構(gòu)變形，對(duì)于鋁合金，一般干涉量取1.5～3.0%影響干涉量的因素：1：鉚接前鉚釘?shù)耐馍炝?。釘桿越長(zhǎng)，干涉量越大，圖中如果H1和H2太小，則不足以形成所要求的釘頭和墩頭，也得不到預(yù)期的干涉量。1—凸出部分；2—部分埋頭窩；3—間隙；4—墩頭3：鉚模形狀。不宜用平鉚模，而采用凹鉚模。2：釘孔間隙和埋頭窩深度。間隙大、埋頭窩深，干涉量相應(yīng)減少；間隙太小，則裝釘困難。4.4自動(dòng)鉚接也就是鉚接的機(jī)械化和自動(dòng)化。自動(dòng)鉚接包括兩種：（1）單工序自動(dòng)化也就是將鉆孔和壓鉚在不同的機(jī)器上完成，需要重新裝夾。（2）全過(guò)程自動(dòng)化。在一臺(tái)鉚接機(jī)上，自動(dòng)完成：鉆孔、惚窩、送釘、壓鉚、銑平釘頭。（一）自動(dòng)鉚接應(yīng)用按鉚釘類別分類（1）有頭鉚釘?shù)淖詣?dòng)鉚接埋頭鉚釘自動(dòng)鉚接（a）夾緊工件；（b）鉆孔、惚窩；（c）放鉚釘、壓鉚；（d）松開(kāi)夾緊件（2）無(wú)頭鉚釘?shù)淖詣?dòng)鉚接無(wú)頭鉚釘?shù)淖詣?dòng)鉚接可以鉚成凸頭鉚釘，也可以鉚成埋頭鉚釘。（3）特種鉚釘自動(dòng)鉚接環(huán)槽鉚釘自動(dòng)鉚接自動(dòng)鉚接單面抽芯鉚釘（二）自動(dòng)鉚接機(jī)1：弓臂式自動(dòng)鉚接機(jī)1—上動(dòng)力頭；2—下動(dòng)力頭；3—床身；4—送釘機(jī)構(gòu)上動(dòng)力頭有上壓緊件和可以移位的鉆惚、壓鉚、銑切三個(gè)工作頭。下動(dòng)力頭是可以升降的下鉚模和下壓緊件。H和M決定鉚接件的寬度和曲度。2：龍門式自動(dòng)鉚接機(jī)3：大型五坐標(biāo)數(shù)控自動(dòng)鉚接機(jī)1—底座；2—弓臂；3—導(dǎo)軌；4—下動(dòng)力頭；5—上動(dòng)力頭；6—床身；7—控制臺(tái)；8—縱向?qū)к墸?—板件數(shù)控自動(dòng)定位調(diào)平托架托架由三部分組成：兩端的左右架車；支撐在架車中間的矩形框架；控制電路。機(jī)器人在鉚接裝配中的應(yīng)用用機(jī)器人在型架內(nèi)鉆孔1—待鉆孔板件；2—機(jī)器人；3—正在鉆孔的板件。4.5特種鉚接在飛機(jī)的鉚接中，除普通鉚接和無(wú)頭鉚釘鉚接外，在結(jié)構(gòu)比較封閉不開(kāi)敞的地方，采用單面鉚接，從一面接近工件，有一些地方還采用環(huán)槽鉚釘鉚接。（一）單面鉚接1：?jiǎn)蚊娉樾俱T釘1—芯桿；2—釘套由芯桿和釘套組成，用拉鉚槍抽拉。缺點(diǎn)：適用于機(jī)身和機(jī)翼上厚度比較小的非主要受力部位的封閉處。（2）結(jié)構(gòu)受振動(dòng)載荷時(shí)，芯桿易從釘套中脫落。（1）芯桿和釘套不為一整體，鉚釘受拉時(shí)，僅釘套受力；強(qiáng)度低。鼓包型單面抽芯鉚釘（a）放鉚釘并開(kāi)始拉鉚；（b）消除零件間的間隙；（c）壓入鎖圈；（d）拉斷釘桿為克服單面抽芯鉚釘缺點(diǎn)，在芯桿和釘套之間增添了鎖圈，不易脫落，但鼓包形成時(shí)，釘套尚未充分脹大。因此孔壁上的預(yù)應(yīng)力不足。2：拉絲型抽芯鉚釘（a）放入鉚釘；（b）開(kāi)始拉鉚；（c）消除零件間的間隙；（d）拉絲過(guò)程；（e）壓入鎖圈；（f）拉斷釘桿。由芯桿、釘套、鎖圈三部分組成，拉鉚完成后，在鉚釘和釘孔之間產(chǎn)生干涉配合。與上面鉚接相比，其拉斷力、拉脫力、芯桿壓出力都要高。拉絲型抽芯鉚釘桿壓出力試驗(yàn)抽芯鉚釘頭的幾種形式（a）、（b）普通抽芯鉚釘；（c）、（d）用于薄蒙皮的抽芯鉚釘；（e）用于蜂窩結(jié)構(gòu)的抽芯鉚釘。有無(wú)鎖圈壓出力相差很大3：?jiǎn)蚊媛葆攩蚊驺T接拉槍工作頭示意圖1—卡爪；2—活動(dòng)部分；3—固定部分。單面螺釘1—變形環(huán)；2—螺絲；3—帶內(nèi)螺紋的釘套。尾翼采用單面鉚釘?shù)奈恢茫ǘ┉h(huán)槽鉚釘鉚接由帶環(huán)槽的釘桿和釘套組成。環(huán)槽鉚釘1—釘桿；2—釘套抗拉型環(huán)槽鉚釘抗剪型環(huán)槽鉚釘環(huán)槽鉚釘可代替螺栓，其拉脫力＞螺栓環(huán)槽釘分為：抗拉型。釘頭大，環(huán)槽長(zhǎng)?？辜粜?。釘頭小，環(huán)槽短。拉鉚型環(huán)槽鉚釘?shù)睦T過(guò)程（a）放鉚釘；（b）開(kāi)始拉鉚；（c）釘套成形好；（d）拉斷釘桿；（e）鉚好（三）鈦合金的鉚接鈦合金特點(diǎn)：強(qiáng)度高、比重小、耐熱性好、硬度高、塑性差。鉆孔時(shí)：鉆頭應(yīng)該鋒利、鋒角大、采用短鉆頭、低鉆速、快進(jìn)給。鉚接時(shí)：采用壓鉚和鉚槍熱鉚（加熱到700度，提高塑性）。鈦合金鉚釘熱鉚熱鉚加熱方式1—頂鐵；2—鈦合金鉚釘；3—鉚槍；4—?dú)庠矗?—電源。4.6螺栓連接在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，重要承力結(jié)構(gòu)用螺栓連接，部件之間的連接也主要用螺栓連接。螺栓連接在交變載荷作用下，也會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。（一）提高螺栓連接疲勞壽命的方法1：采用干涉配合螺栓螺栓孔和螺栓都經(jīng)過(guò)精加工，用壓配合形成干涉配合。2：對(duì)孔進(jìn)行擠壓光加工錐體芯棒擠壓強(qiáng)化孔壁1—工件；2—芯棒。加套擠壓孔壁1—芯棒；2—干膜潤(rùn)滑套管；3—拉槍壓緊件。包括兩種：（1）錐體芯棒擠壓；（2）加套筒擠壓。擠壓后，在孔壁上形成預(yù)應(yīng)力層，孔和螺栓之間即使是松配合，也能明顯提高疲勞壽命。（二）高鎖螺栓連接特點(diǎn)：強(qiáng)度高，重量輕，可控制夾緊力，提高疲勞壽命。主要有三種：高鎖螺栓（a）普通高鎖螺栓；（b）密封高鎖螺栓；（c）帶擠壓頭的高鎖螺栓高鎖螺栓安裝過(guò)程（a）準(zhǔn)備安裝；（b）進(jìn)行安裝；（c）扭斷上螺母，安裝完。1—高鎖螺栓；2—高鎖螺母；3—內(nèi)六方套筒；4—六角棒。高鎖螺母（三）錐形螺栓連接1—螺栓；2—螺帽；3—墊圈。由螺栓、螺帽、墊圈三部分組成。釘桿和孔是錐形的，沿釘桿全長(zhǎng)產(chǎn)生均勻的干涉配合，提高疲勞壽命。錐形螺栓成本較高，主要用于重要受力部位。4.7組合件、板件裝配（主要用鉚接和螺栓連接）平面組合件結(jié)構(gòu)（a）普通翼肋；（b）帶接頭的梁；（c）加強(qiáng)肋和隔板；（d）、（e）帶接頭的加強(qiáng)框。板件結(jié)構(gòu)（a）帶接頭a的機(jī)翼板件；（b）帶對(duì)接型材的機(jī)身板件。（二）裝配過(guò)程（1）零件定位及定位鉚接。（一）構(gòu)造和工藝特點(diǎn)（1）開(kāi)敞性好，可采用自動(dòng)化方法鉆孔、鉚接。（3）帶對(duì)接接頭和對(duì)接型材的必須用裝配型架保證對(duì)接面和對(duì)接孔的準(zhǔn)確度。（2）有一定的氣動(dòng)外形（用埋頭釘）或密封性（機(jī)翼整體油箱）要求。（3）補(bǔ)充鉚接及安裝工作。

如一些螺栓及一些在壓鉚機(jī)上不能完成的鉚接，一些小支架、口蓋的安裝。（2）鉆孔、惚窩、鉚接。當(dāng)批量小時(shí)，如試制和首批生產(chǎn)時(shí)，可在裝配型架上完成；