大型飞机壁板无头铆钉干涉连接技术.pdf

专 稿
大型飞机壁板无头铆钉
干涉连接技术
西北工业大学机电学院??王仲奇??常正平??郭飞燕??康永刚??李?晖
中航飞机西安飞机分公司??罗?群??刘博峰?
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。
大型飞机通常是指起飞总质量 命和密封性方面优于普通铆接 ,大
超 过 100t 的 军 民 用 大 型 运 输 机 和 型客机 C919 和支线客机 ARJ21 在
王仲奇
150 座级以上的大型客机, 具有尺寸 机翼壁板铆接装配中大量使用无头
西北工业大学教授,博士生导师,
现任先进近净成形与模具制造共性技 大、 高可靠性及长寿命 大型客机飞 铆钉干涉连接, 以满足连接质量要
术产学研联盟专家委员会成员、中国
行寿命为 90000h等特点 。随着 求。随着对飞机制造效率及精度需
航空学会工艺专业委员会会员、数控
我国大型飞机设计与制造技术的发 求的不断提高, 以自动钻铆系统为代
制造技术航空科技重点实验室客座教
展, 飞机的装配质量也有了新的提 表的自动化连接设备在壁板装配中
授。主要从事飞机制造工艺与装备数
字化技术、集成制造技术、塑性成形过 高。为保证飞机轻量化、 长寿命、 高 得到了大量应用, 尤其在无头铆钉干
程模拟与控制技术以及飞机装配数字
可靠性和气密、 油密性的要求, 无头 涉连接过程中必须尽可能使用自动
化技术的研究。先后承担国家自然科
铆钉、 高锁螺栓和冠头铆钉等新型连 化设备。本文主要从无头铆钉干涉
学基金、863基金、国家科技支撑计划、
接方式在大型飞机装配中得到了广 连接技术和设备应用两方面展开讨
航空基金项目 30 余项,获国防科学技
术二等奖 2 项,陕西省科学技术二等 泛的应用 。 论。
奖 1 项、陕西省教学成果等奖 1 项,
由于干涉配合铆接的铆钉能紧密
是陕西省精品课程金属塑性成形原
无头铆钉连接工艺流程
地充满钉窝及钉孔, 并使钉孔均匀而
理》负责人。
适量地胀大, 形成钉杆对钉孔的 支撑 无头铆钉是种没有铆钉头的
国家自然科学基金项目 51375396 资助。
效应 , 所以干涉配合铆接在疲劳寿 实心圆杆干涉铆钉, 具有以下优点:
航空制造技术2015 年第 4 期
专 稿 专 稿
1铆接后沿铆钉杆全长可形成较 连接结构主要分为铆钉和被连 如图 2 所示, 利用主应力法建立了铆
均匀的干涉配合, 成倍地提高连接结 接件两部分 壁板、 长桁等 , 因此应 钉的轴向应力 σ 和径向应力 σ 理
构的疲劳寿命。 2采用无头铆钉 力应变的分析对象包括铆钉和被连 论公式:
干涉配合的铆接, 能够可靠地保证铆 接件。目前对于连接结构的应力应 0
钉自身的密封性 。无头铆钉安装 变分析主要围绕被连接件展开, 而针
大型飞机壁板无头铆钉
过程必须依靠自动化安装设备, 才能 对铆钉的研究则较少。研究方法主
其中 ,σ 为屈服强度, μ为摩擦系数,
符合设计技术要求, 实现壁板稳定 要包括理论分析、 数值模拟和试验研
并得出了压铆力计算公式:
的、 高质量的连接。对单个铆钉连接 究, 并取得了不少有价值的研究成 r 2π
过程而言, 其主要工艺流程包括定 果。 2 2
干涉连接技术 4μ 2μ 4μ
位、 夹紧、 制孔、 锪窝、 放钉、 铆接和铣 1.1 铆钉应力应变分析
平, 如图 1 所示。 由于铆接过程属于复杂的非线
密封要求
压力脚衬套
但该过程中没有考虑干涉量, 镦
头形状并非为标准圆柱体的实际情
西北工业大学机电学院??王仲奇??常正平??郭飞燕??康永刚??李?晖
形。
中航飞机西安飞机分公司??罗?群??刘博峰?
俄国学者 Malinin 通过小弹塑性
夹层
变形理论建立了被连接件残余应力
数学模型,Shishkin 在该基础上研
究了铆钉与被连接件间的接触载荷,
下铆头
夹紧 钻孔 锪窝 涂胶
将铆接过程中的接触载荷分为加载
由于干涉配合铆接的铆钉能紧密地充满钉窝及钉
和卸载两类, 分别为 q 和 q , 并在体
孔,并使钉孔均匀而适量地胀大,形成钉杆对钉孔的支
积不变假设条件下, 得到了铆钉的轴
撑效应,所以干涉配合铆接在疲劳寿命和密封性方面优
向应力 σ a 和切向应力 σ a
表达式, 具体参数参考文献 6。
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。
送钉 铆接
铣平
松开
图1 无头铆钉自动钻铆安装工艺流程
大型飞机通常是指起飞总质量 命和密封性方面优于普通铆接 ,大
超 过 100t 的 军 民 用 大 型 运 输 机 和 型客机 C919 和支线客机 ARJ21 在
性过程, 很难定量地描述其成形过
王仲奇
无头铆钉干涉连接技术
150 座级以上的大型客机, 具有尺寸 机翼壁板铆接装配中大量使用无头
程。美国威奇塔州立大学 Li 结合
西北工业大学教授,博士生导师,
现任先进近净成形与模具制造共性技 大、 高可靠性及长寿命 大型客机飞 铆钉干涉连接, 以满足连接质量要
无头铆钉连接过程中不仅铆钉 塑性成形体积不变原理, 将无头铆钉
术产学研联盟专家委员会成员、中国
行寿命为 90000h等特点 。随着 求。随着对飞机制造效率及精度需
镦粗变形, 被连接件也因钉杆膨胀和 安装的过程简化为圆柱体等体积成
式中, E 为材料弹性模量, C 为塑性
航空学会工艺专业委员会会员、数控
我国大型飞机设计与制造技术的发 h h h h 求的不断提高, 以自动钻铆系统为代
镦头挤压产生不同程度的变形, 同 形过程 A A A A ,
0 0 1 1 2 2 m m 区 半 径, ω 为 径 向 扩 张 比 例,
制造技术航空科技重点实验室客座教
展, 飞机的装配质量也有了新的提 表的自动化连接设备在壁板装配中
时, 被连接件多为薄壁件, 刚度小、 易 F
授。主要从事飞机制造工艺与装备数
字化技术、集成制造技术、塑性成形过 高。为保证飞机轻量化、 长寿命、 高 得到了大量应用, 尤其在无头铆钉干
变形, 大量的铆钉连接使薄壁件产生
程模拟与控制技术以及飞机装配数字
可靠性和气密、 油密性的要求, 无头 涉连接过程中必须尽可能使用自动
更加复杂的装配变形和残余应力, 增
化技术的研究。先后承担国家自然科
铆钉、 高锁螺栓和冠头铆钉等新型连 化设备。本文主要从无头铆钉干涉
加了连接结构的脆性, 降低了飞机的
学基金、863基金、国家科技支撑计划、
接方式在大型飞机装配中得到了广 连接技术和设备应用两方面展开讨
疲劳寿命。因此, 开展无头铆钉干涉 0
航空基金项目 30 余项,获国防科学技
术二等奖 2 项,陕西省科学技术二等 泛的应用 。 论