肖海強(qiáng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)裝配技術(shù)

1、科技學(xué)院班級:1381012姓名:肖海強(qiáng)學(xué)號: 138101230指導(dǎo)老師 :朱永國南昌航空大學(xué)目錄飛機(jī)裝配定位方法及其應(yīng)用案例 .1一、裝配定位的要求和特點(diǎn) .1二、裝配定位的方法 .1三、飛機(jī)各部件的對接及水平測量工作 .2四、數(shù)字化測量與定位技術(shù) .2飛機(jī)裝配型架的作用及其應(yīng)用案例 .6一、裝配型架的功用 .6二、裝配型架的組成 .7三 、 移 動 式 工 裝 夾 具 在 A350XWB 飛 機(jī) 裝 配 中 的 開 發(fā) 與 應(yīng) 用 .7飛機(jī)裝配中膠接工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用案例 .10一、膠接技術(shù)發(fā)展簡史 .10二、膠粘劑的應(yīng)用 .10三、技術(shù)的特點(diǎn) .11四、膠粘劑的組分 .12五、鋁蜂窩夾層

2、結(jié)構(gòu)的制造 .12先進(jìn)飛機(jī)裝配技術(shù)及其應(yīng)用案例 .16一、數(shù)控加工技術(shù)和高速加工技術(shù) .17二、復(fù)合材料及其成形技術(shù) .19三、 復(fù)材結(jié)構(gòu)的數(shù)字化鉆孔和連接技術(shù) .19四、整體結(jié)構(gòu)件的加工成形技術(shù) .19五、數(shù)字化制造及裝配技術(shù) .19六、其他先進(jìn)的制造模式 .20參考資料 .21飛機(jī)裝配定位方法及其應(yīng)用案例一、裝配定位的要求和特點(diǎn)(1保證定位符合圖紙和技術(shù)條件所規(guī)定的準(zhǔn)確度要求;(2定位和固定要操作簡單、可靠;(3定位用的工裝簡單,制造費(fèi)用低。二、裝配定位的方法(1 按工件定位按基準(zhǔn)工件或先裝工件的某些點(diǎn)、 線、 面來定位后裝工件。 適用剛性較好的 工件 ; 定位準(zhǔn)確度要求不高的 工件 ;

3、輔助的定位方法 .(2 用劃線定位根據(jù)飛機(jī)圖紙用通用量具劃線定位。 適用剛性較好的工件 ; 定位準(zhǔn)確度要求 不高的工件 ; 通用性大 , 輔助的定位方法 ; 生產(chǎn)效率低 , 取決于操縱者技術(shù)水平 (3 用裝配孔定位用預(yù)先在零件上制出的裝配孔來定位。(4 用裝配夾具(型架定位限制工件在空間的六個(gè)自用度。各定位方法的分類及特點(diǎn) 三、飛機(jī)各部件的對接及水平測量工作水平測量點(diǎn):在部件裝配時(shí) , 在部件表面規(guī)定的位置上 , 按型架上專用指示器 作出測量點(diǎn)的記號 (涂紅色柒的沖坑 凸頭或空心鉚釘?shù)?. 它實(shí)際上是將飛機(jī)理 論軸線轉(zhuǎn)移到部件表面的測量依據(jù) .水平測量方法:在測量過程中 , 只要檢查這些水平測

4、量點(diǎn)的相對位置數(shù)值 , 就 可調(diào)整和檢驗(yàn)各部件間的相對位置是否符合技術(shù)條件 . 四、數(shù)字化測量與定位技術(shù)現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)字化測量技術(shù)不僅用在產(chǎn)品的最后檢驗(yàn)中, 更重要的是應(yīng)用到 工藝裝備和產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中, 它很大程度上改變了飛機(jī)零件的制造和裝配方法。 以下是幾種典型的數(shù)字測量系統(tǒng)的工作應(yīng)用情況。1電子經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)經(jīng)緯儀是測量工作中的主要測角儀器。由望遠(yuǎn)鏡、水平度盤、豎直度盤、水 準(zhǔn)器、基座等組成。測量時(shí),將經(jīng)緯儀安置在三腳架上,用垂球或光學(xué)對點(diǎn)器將 儀器中心對準(zhǔn)地面測站點(diǎn)上,用水準(zhǔn)器經(jīng)緯儀。將儀器定平, 用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)測量目標(biāo), 用水平度盤和豎直度盤測定水平角和 豎直角。 按精度分為精密經(jīng)緯儀和

5、普通經(jīng)緯儀; 按讀數(shù)設(shè)備可分為光學(xué)經(jīng)緯儀和 游標(biāo)經(jīng)緯儀; 按軸系構(gòu)造分為復(fù)測經(jīng)緯儀和方向經(jīng)緯儀。 此外, 有可自動按編碼 穿孔記錄度盤讀數(shù)的編碼度盤經(jīng)緯儀;可連續(xù)自動瞄準(zhǔn)空中目標(biāo)的自動跟蹤經(jīng)緯儀; 利用陀螺定向原理迅速獨(dú)立測定地面點(diǎn)方位的陀螺經(jīng)緯儀和激光經(jīng)緯儀; 具 有經(jīng)緯儀、 子午儀和天頂儀三種作用的供天文觀測的全能經(jīng)緯儀; 將攝影機(jī)與經(jīng) 緯儀結(jié)合一起供地面攝影測量用的攝影經(jīng)緯儀等。測量水平角和豎直角的儀器。是由英國機(jī)械師西森 (Sisson約于 1730年首 先研制的,后經(jīng)改進(jìn)成型,正式用于英國大地測量中。 1904年,德國開始生產(chǎn) 玻璃度盤經(jīng)緯儀。隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 60年代出現(xiàn)了電子

6、經(jīng)緯儀。在此基礎(chǔ) 上, 70年代制成電子速測儀。經(jīng)緯儀是望遠(yuǎn)鏡的機(jī)械部分, 使望遠(yuǎn)鏡能指向不同方向。 經(jīng)緯儀具有兩條互 相垂直的轉(zhuǎn)軸, 以調(diào)校望遠(yuǎn)鏡的方位角及水平高度。 此類架臺結(jié)構(gòu)簡單, 成本較 低, 主要配合地面望遠(yuǎn)鏡使用, 若用來觀察天體, 由于天體的日周運(yùn)動方向通常 不與地平線垂直或平行, 因此需要同時(shí)轉(zhuǎn)動兩軸并隨時(shí)間變換轉(zhuǎn)速才能追蹤天體, 不過視場中其它天體會相對于目標(biāo)天體旋轉(zhuǎn), 除非加上抵消視場旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu), 否 則不適合用于長時(shí)間曝光的天文攝影。電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀的根本區(qū)別在于:電子經(jīng)緯儀是利用光電轉(zhuǎn)換原理 和微處理器自動測量度盤的讀數(shù)并將測量結(jié)果顯示在儀器顯示窗上, 如將其與

7、電 子手簿連接,可以自動儲存測量結(jié)果。2激光跟蹤定位測量系統(tǒng)激光跟蹤測量系統(tǒng) (Laser Tracker System 是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精 度的大尺寸測量儀器。 它集合了激光干涉測距技術(shù)、 光電探測技術(shù)、 精密機(jī)械技 術(shù)、 計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、 現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等各種先進(jìn)技術(shù), 對空間運(yùn)動目標(biāo)進(jìn) 行跟蹤并實(shí)時(shí)測量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。 它具有高精度、 高效率、 實(shí)時(shí)跟蹤測量、 安裝快捷、操作簡便等特點(diǎn),適合于大尺寸工件配裝測量,測量靜止目標(biāo),跟蹤 和測量移動目標(biāo)或它們的組合。 SMART310是 Leica 公司在 1990年生產(chǎn)的第一臺 激光跟蹤儀, 1993年 Leica 公司 又推出

8、了 SMART310的第二代產(chǎn)品, 其后, Leica 公司還推出了 LT/LTD系列的激光跟蹤儀,以滿足不同的工業(yè)生產(chǎn)需要。 LTD 系 列的激光跟蹤儀采用了 Leica 公司專利的絕對測距儀, 測量速度快, 精度高, 配 套的軟件則在 Leica 統(tǒng)一的工業(yè)測量系統(tǒng)平臺 Axyz 下進(jìn)行開發(fā),包括經(jīng)緯儀測 量模塊、 全站儀測量模塊、 激光跟蹤儀測量模塊和數(shù)字?jǐn)z影測量模塊等。 激光跟 蹤系統(tǒng)在我國的應(yīng)用始于 1996年, 上飛、 沈飛集團(tuán)在我國第一次引進(jìn)了 SMART310激光跟蹤系統(tǒng); 2005年上海盾構(gòu)公司引進(jìn)了 Leica 公司的一套 LTD600跟蹤測量 系統(tǒng),應(yīng)用于三維管模的檢測。

9、 3室內(nèi) GPS 系統(tǒng)在 787客機(jī)總裝中的應(yīng)用激光跟蹤儀在我國飛機(jī)裝配工裝的制造和安裝中已廣泛使用, 但我們對室內(nèi) GPS 系統(tǒng)(也稱作局域 GPS 精密測量系統(tǒng)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用還比較陌生。室 內(nèi) GPS 系統(tǒng)是數(shù)字化裝配技術(shù)最重要的技術(shù)手段之一。室內(nèi) GPS 系統(tǒng)與激光跟蹤儀相比較,主要優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾點(diǎn):首先, 在室內(nèi) GPS 系統(tǒng)中進(jìn)行測量不會因?yàn)榈艄舛绊懝ぷ鬟M(jìn)程, 這是由室 內(nèi) GPS 系統(tǒng)的原理決定的。 它是由發(fā)射器以水平 270°、 垂直 60°的覆蓋范圍從 3個(gè)方向無線發(fā)射信號,傳感器和接收器只要在這個(gè)信號的覆蓋范圍內(nèi),就能接 收到光信號, 并無線傳播到

10、中央控制電腦。 在這個(gè)過程中, 傳感器只要能同時(shí)接 收到 2個(gè)發(fā)射器發(fā)射出的信號就能測出點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 如果能同時(shí)接收到 34個(gè)發(fā)射器發(fā)射出的信號就是增加了自由度和精度。由此可見,在測量時(shí)即使有 人走過, 擋住了一個(gè)發(fā)射器發(fā)射的信號, 也不會影響這一點(diǎn)坐標(biāo)的測量。 即使所 有的發(fā)射器信號被遮擋也沒有關(guān)系,只要增加測量桿的長度就可以正常測量。 其次, 室內(nèi) GPS 系統(tǒng)能夠滿足多用戶同時(shí)使用。 在一個(gè)裝配車間內(nèi), 常常需 要同時(shí)監(jiān)控被測部件的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和面的位置關(guān)系。 這種情況下, 我們只需要在 車間的墻壁和天花板上固定一定數(shù)量的發(fā)射器,一般建議在 30m×30m的空間內(nèi) 放置 6個(gè)

11、發(fā)射器, 信號就會全部覆蓋這個(gè)范圍, 被測部件的關(guān)鍵點(diǎn)和面的位置就 都會被監(jiān)控。 我們可以在不同的被測部件上放置不同的傳感器和接收器, 那樣它 們的位置就會被實(shí)時(shí)監(jiān)控。 也可以用幾個(gè)測量桿組件, 由不同的工作人員同時(shí)測 量部件的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和面的位置關(guān)系,互不干擾。也就是說,系統(tǒng)建立起來后, 只要增加傳感器和接收器就可以增加用戶了。 中央電腦可以同時(shí)處理這些數(shù)據(jù)并 傳遞給不同的終端用戶(比如掌上電腦,給用戶的工作帶來很大方便。第三, 當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一次固定裝配標(biāo)定后, 就可以無限次數(shù)的使用。 所有 進(jìn)入這個(gè)區(qū)域的待測物都可以馬上測量, 無需建立坐標(biāo)系。 唯一要做的工作就是 打開發(fā)射器的電源開關(guān),

12、待它預(yù)熱 5min 之后,就可以馬上開始測量工作。 第四, 室內(nèi) GPS 系統(tǒng)最為突出的特點(diǎn)是可以進(jìn)行大尺度的測量。 在 10m的測量空間中精度能達(dá)到 0.1mm ,這大大高于激光跟蹤儀,而且測量范圍可以無限增 加, 只要增加發(fā)射器即可。 可以實(shí)現(xiàn)自動裝配測量, 實(shí)時(shí)監(jiān)控移動物體的運(yùn)動曲 線,比如飛機(jī)機(jī)翼與機(jī)身的自動對接過程。第五, 室內(nèi) GPS 系統(tǒng)可以對系統(tǒng)自身進(jìn)行監(jiān)控。 如果有發(fā)射器出現(xiàn)位移或出 現(xiàn)問題的情況,系統(tǒng)會自動報(bào)警,這樣就可以在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的問題。 局域 GPS 精密測量系統(tǒng)不受溫度影響,它的工作范圍為 -1050?；谏鲜鲈?波音在研制 787客機(jī)的總裝過程中采用了

13、集成的室內(nèi) GPS 系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行裝配。飛機(jī)裝配型架的作用及其應(yīng)用案例一、裝配型架的功用1保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確度和互換性 :應(yīng)用六點(diǎn)定位原則限制工件在空間的六個(gè)自用度。2裝配型架的成套性和協(xié)調(diào)性 :3改善勞動條件、提高裝配工作生產(chǎn)率、降低成本:型架結(jié)構(gòu)應(yīng)適合工人在最有利的姿態(tài)下操作;保證質(zhì)量下,型架結(jié)構(gòu)盡可能 開敞,以便接近工作、安放零件和零件下架;型架定位件、夾緊件工作要迅速可 靠、安全。4 定位作用 :保證零組件在空間的相對準(zhǔn)確位置。5 校正零件形狀作用 :檢查或校正零組件的不協(xié)調(diào)部位(敲修、加墊 。6 限制裝配變形作用 :保證零組件的重要接頭的位置準(zhǔn)確度。保證外形準(zhǔn)確度外形卡板不打開。用裝配夾具

14、(型架定位的特點(diǎn):定位準(zhǔn)確度高 ; 能保證互換部件的協(xié)調(diào);生 產(chǎn)準(zhǔn)備周期長。 二、裝配型架的組成1、骨架:型架的基體,用以固定和支撐定位件、夾緊件等其他元件,保持各元 件的空間位置的準(zhǔn)確度極其穩(wěn)定性。要求具有足夠的剛度。2、 定位件:型架的主要工作元件, 用以保證工件在裝配過程中具有準(zhǔn)確的位置。 要求定位準(zhǔn)確可靠、相互協(xié)調(diào)和使用方便。3夾緊件:是使工件牢靠地固定在定位件上的加力元件。 要求; 裝夾迅速可靠 (裝 配中不松脫 、使用方便,不損傷工件表面。4輔助設(shè)備:是為了適應(yīng)工人在型架上操作需要和改善工作條件而配置的一些附 屬設(shè)備。如工作踏板、工作梯、托架、工作臺、起重吊掛、地面運(yùn)輸車及照明、

15、壓縮空氣管路等。要求工作方便、安全。三、移動式工裝夾具在 A350XWB 飛機(jī)裝配中的開發(fā)與應(yīng)用隨著 A350XWB 大飛機(jī)的生產(chǎn), 許多飛機(jī)裝配供應(yīng)商都在專用工裝、 夾具和固 定裝置等方面作了重大投資。 如何才能更高效地提升飛機(jī)裝配的質(zhì)量和速度, 是 所有裝配供應(yīng)商都想解決的一個(gè)重要課題。 這種背景下, 一種加速飛機(jī)裝配的移 動式生產(chǎn)工裝應(yīng)運(yùn)而生。概念及優(yōu)勢移動式工裝夾具, 是通過夾具本身在專用加工設(shè)備及工作臺上運(yùn)動, 而實(shí)現(xiàn) 裝配的一種流動式夾具。 這種移動式夾具系統(tǒng)包含了單個(gè)夾具的定位功能, 即完 成一項(xiàng)定位和加工內(nèi)容之后, 通過自動引導(dǎo)裝置在加工臺之間進(jìn)行定位與加工的 轉(zhuǎn)換。這種夾具系

16、統(tǒng)通過配用 3D 激光掃描技術(shù)可測量連接斷面間的確切尺寸, 并將測量信息轉(zhuǎn)換為確切的 NC 加工程序,還可配備激光跟蹤系統(tǒng)自動進(jìn)行水 平校訂, 以保證裝配連接的最佳性。 飛機(jī)的復(fù)雜主子系統(tǒng)的裝配制造, 傳統(tǒng)上使 用的是靜態(tài)夾具。這種方法由于專用裝置不能 100%得到利用,導(dǎo)致過程非常低 效。移動式夾具系統(tǒng)的最大好處就是“柔性” 。與傳統(tǒng)方法不同,移動式夾具所 在的裝配線不是某個(gè)產(chǎn)品專用的, 任何能夠匹配在加工及工作臺之內(nèi)的相似的航 空結(jié)構(gòu)都能夠應(yīng)用該裝配線。 這使得其他項(xiàng)目引入這種生產(chǎn)線時(shí)不會增加新的成 本和交付時(shí)間。開發(fā)與應(yīng)用隨著飛機(jī)項(xiàng)目對生產(chǎn)速度的要求越來越高, 夾具及加工裝置的置辦和使用

17、也 將成倍增長。 A350XWB 這種大飛機(jī)的生產(chǎn),已經(jīng)使許多飛機(jī)裝配供應(yīng)商在專用工 裝、 夾具和固定裝置等生產(chǎn)能力方面做了重大投資。 這一方面是由于碳纖維復(fù)合 材料部件用量的增加, 另一方面也體現(xiàn)了主要的一級供應(yīng)商和主承包商之間密不 可分的關(guān)系。 供應(yīng)鏈的不可剝離性使得承包商和供應(yīng)商之間為了謀求利益的最大 化而共同努力。度量方法、 工裝材料以及裝配方法的創(chuàng)新推動著大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造容差 管理能力的發(fā)展。 這對貫穿整個(gè)供應(yīng)鏈上不可再現(xiàn)的生產(chǎn)工程、 裝備的大量技術(shù) 開發(fā)及投資追蹤成為可能。 A350 的部裝及系統(tǒng)集成中已經(jīng)應(yīng)用了很多這樣的新 技術(shù),像 GKN 航宇公司在 Filton 工廠的自

18、動測量技術(shù),普利耶母航空技術(shù) (Premium Aerotec 公司在諾登漢姆 (Nordenham 以及奧格斯堡 (Augsburg 的脈沖式移動裝配線,以及 Spirit 航空系統(tǒng)歐洲公司(Spirit AeroSystems Europe 在 Prestwick 的低熱膨脹工裝。 GKN 航宇 公司目前正在引入一種流動裝配線方式, 通過這種方式, 夾具本身可以在專用加 工設(shè)備及工作臺上運(yùn)動。 Br?tjeAutomation 已經(jīng)同 GKN 合作來為 A350的固定式 機(jī)翼后緣開發(fā)這種新式的先進(jìn)裝配技術(shù)。 這種技術(shù)在每側(cè)通過三個(gè)可移動夾具將 內(nèi)側(cè)、 中心和外側(cè)翼梁段固定在一起。 這種移動

19、式夾具系統(tǒng)已經(jīng)包含了單個(gè)夾具 的定位能力, 可對內(nèi)側(cè)翼梁的連接進(jìn)行定位和鉆孔, 然后通過自動引導(dǎo)裝置在加 工臺之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)采用 3D 激光掃描技術(shù)來測量內(nèi)側(cè)翼梁兩個(gè)連接斷 面間的確切尺寸,并將測量信息轉(zhuǎn)換成確切的 NC 加工程序。機(jī)翼后緣三個(gè)部段 在裝配臺上的裝配連接要通過一種激光跟蹤系統(tǒng)來自動進(jìn)行水平校訂, 以保證三 個(gè)部段的最佳裝配。 移動式機(jī)械手在普利耶母航空技術(shù)公司的奧格斯堡和諾登漢姆工廠的機(jī)身蒙皮項(xiàng)目也同 Br?tje 合作,正在使用一種拼成的預(yù)裝配臺和脈沖式移動裝配線(PML 。在這 種裝配線上, 工件一步步脈沖式沿著裝配線序列前進(jìn), 在不同的連接單元將手工 裝配和全自動

20、機(jī)器人相結(jié)合一起工作,這與汽車工業(yè)的裝配線非常類似。 面臨的技術(shù)問題:這些應(yīng)用體現(xiàn)了移動式工裝夾具的柔性、高效性,尤其是它的非專有性,但 要達(dá)到精細(xì)應(yīng)用還需要解決很多的技術(shù)問題。 首先, 為了滿足質(zhì)量需求, 必須開 發(fā)和引入新的專利型鉆孔技術(shù), 使得機(jī)器人可以對多種不同的材料進(jìn)行鉆孔, 包 括對 17mm 厚的鈦材的鉆孔。其次,這種高度機(jī)械化方法已經(jīng)取消了裝配前人工 布置部件位置時(shí)發(fā)生干涉的可能性, 但為了真正能夠做到這一點(diǎn), 還必須對所有 裝配供應(yīng)商的部件容差和設(shè)計(jì)實(shí)施改進(jìn)。 另外, 對于工裝夾具在移動時(shí)熱膨脹的 考慮也是一個(gè)亟需解決的問題。像 Spirit 航空系統(tǒng)公司在 Prestwic

21、k 工廠的機(jī)翼前緣裝配線, 考慮工裝在傳 統(tǒng)箱形鋼結(jié)構(gòu)上移動的熱擴(kuò)展以及在高熱敏感區(qū)域使用不脹鋼成為必然。 Spirit 在采用這種技術(shù)時(shí)識別出了重大的風(fēng)險(xiǎn), 因?yàn)檫@種技術(shù)對航空結(jié)構(gòu)裝配來說是一 種完全不成熟的概念。但是通過與其供應(yīng)鏈伙伴 Acrosoma 、Manufax Engineering 和 Assystem 英國公司合作,分析其工程細(xì)節(jié),共同設(shè)計(jì) 出一種適用于 A350 固定式機(jī)翼前緣裝配需求的方案。 Acrosoma 公司的 3D 編織 層壓復(fù)合材料與復(fù)合材料翼梁及 J 型板部件的熱特性非常相似, 采用這種材料 可以使裝配廠在 40m 長的夾具裝置上將幾何容差控制在±0

22、.25mm , 而不需要采用 額外的溫度控制手段。 盡管如此, 還有很多其他的批產(chǎn)技術(shù)需要開發(fā), 以便實(shí)現(xiàn) 最終的方案。 飛機(jī)裝配中膠接工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用案例上世紀(jì) 40年代初,英國開發(fā)出綜合性好、老化新能突出的 Redux775,它以 熱固型酚醛樹脂為主。 40年代中后期, 美國又開發(fā)出韌性較好的 Meltbond4021。 這兩種膠黏劑至今仍在沿用。 50年代中期由于加聚反應(yīng)型環(huán)氧樹脂的出現(xiàn),開 發(fā)出無孔蜂窩用尼龍環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠。 70年代中后期,耐久的結(jié)構(gòu)膠相繼而出。開 發(fā)出磷酸陽極化, 使得鋁氧化膜極其穩(wěn)定, 并用一只腐蝕底膠提供了穩(wěn)定的表面, 膠縫密封性顯著加強(qiáng)。1995年美國膠接劑銷售量

23、為 926萬 t , 主要用于建筑、 運(yùn)輸和其他工業(yè)部門。 歐洲膠接劑銷售量約為 140萬 t ,其中德國市場最大。日本 1995、 1996年膠接 劑產(chǎn)量分別為 120.88萬 t 和 122.22萬 t 。自航空工業(yè)誕生以來, 膠接技術(shù)就開始應(yīng)用于國外的大型運(yùn)輸機(jī), 如美國的 L-1011、 Boeing-707、 737、 747、 C-130、 C-141A 、 KC-135,俄羅斯的伊爾 -76等等, 都采用了膠黏劑來制造飛機(jī)構(gòu)件。 到目前為止, 膠黏劑在飛機(jī)上的應(yīng)用已 有六七十年的歷史。 膠黏劑品種多且配套齊全, 技術(shù)日益完善, 在軍機(jī)和民機(jī)上 都得到廣泛應(yīng)用。一、膠接技術(shù)發(fā)展簡史

24、(1 、古代人類、天然膠粘劑:木汁、血膠、骨膠、石灰、松脂和瀝青等;(2 、 20世紀(jì),合成高分子材料的出現(xiàn),膠粘劑工業(yè)獲得了迅速發(fā)展;(3 、 20世紀(jì) 40年代后,膠接機(jī)理研究獲得了迅速的發(fā)展 , 膠接的三大理論:吸附理論、靜電理論、擴(kuò)散理論。(4 、 20世紀(jì) 60年代后,建立并逐步完善了:化學(xué)鍵理論、弱界面層理論、 機(jī)械結(jié)合理論、膠粘劑流變學(xué)理論。二、膠粘劑的應(yīng)用航空航天工業(yè)中,全世界采用膠接結(jié)構(gòu)的飛機(jī)有 100多種。B-58重型超 聲速轟炸機(jī), 膠接壁板面積占 80%(其中蜂窩夾層結(jié)構(gòu)占 90%, 膠用量超過 400kg , 可取代約 50萬只鉚釘。 三、技術(shù)的特點(diǎn)1、膠接的優(yōu)點(diǎn)(1

25、 膠接適用的材料范圍廣可連接不同材料 (金屬-金屬、 金屬-非金屬 、 厚度不等、 不受裝配件厚度 (厚 度差的影響、多層;(2 表面平滑、良好的氣動力性能(3 良好的密封性氣密座艙、整體油箱等(4 膠接接頭耐環(huán)境能力強(qiáng)膠層對金屬防腐、絕緣、防電化學(xué)防腐;(5 、膠接構(gòu)件有效地減輕了重量受力均勻,可采用薄壁結(jié)構(gòu)F -86D機(jī)減速板 鉚接改為膠接, 重量 12.5kg -8kg 某型機(jī)機(jī)身膠接, 重量減輕 15%、 費(fèi)用節(jié)約 25% -30%某預(yù)警飛機(jī)雷達(dá)罩,重量減輕 20%。(6 、能提高接頭的疲勞壽命膠均勻分布、不會產(chǎn)生局部應(yīng)力集中、疲勞裂紋擴(kuò)展速度慢。(7 、膠接工藝簡單易自動化、 成本低

26、, 1000kg 膠粘劑可節(jié)約 5000kg 金屬連接材料, 節(jié)省 5000 -10000個(gè)工時(shí)。2、膠接的缺點(diǎn)(1 粘接強(qiáng)度較低膠粘劑的主材料一般是高分子材料, 粘接強(qiáng)度較低 (不適于 承受剝離載荷遠(yuǎn)不如金屬材料;(2 膠粘劑存在“老化”問題;(3 接頭性能的重復(fù)性差、使用壽命有限(4 膠接接頭強(qiáng)度受影響的因素多 對材料、工藝條件和環(huán)境應(yīng)力極為敏感。四、膠粘劑的組分粘料(基料 :是膠粘劑具有所要求的基本性能的主要成分。固化劑:促進(jìn)膠粘劑的固化。填料:減少膠層收縮和調(diào)節(jié)膠粘劑與被粘物之間彈性系數(shù)的差別。 改善膠粘劑 的性能(提高彈性系數(shù)、沖擊韌性、耐熱性、減少收縮率等 。稀釋劑:能降低膠粘劑粘

27、度的易流動液體。 改善膠粘劑的工藝性能, 降低膠粘 劑,從而延長膠粘劑的使用期。五、鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的制造1、蜂窩夾芯(層結(jié)構(gòu)簡介一種用于特殊的結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。 是把蜂窩形狀的夾芯材料在兩塊面板之間, 并把它們用膠粘劑相粘接而成的。 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):良好的比強(qiáng)度和比剛度;隔音、隔熱、減振,蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用航空、航 天(對重量和性能有特殊要求的部位飛機(jī)的機(jī)翼、進(jìn)氣道、雷達(dá)罩;火箭的安 定面、導(dǎo)彈的何裝置座; 衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)的艙蓋和整流罩等。2蜂窩的分類按材料分 :鋁合金蜂窩、紙蜂窩、玻璃鋼蜂窩、塑料蜂窩、陶瓷蜂窩等。按有無孔分 :有孔蜂窩 , 無孔蜂窩。(1有孔蜂窩:避免夾芯中殘留膠粘

28、劑固化時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)物,能防止蜂窩夾 層結(jié)構(gòu)內(nèi)、外壓差過大而造成的面板剝離破壞(常用于航天 飛行器(2無孔蜂窩:使用中有可能進(jìn)氣、進(jìn)水,積水難排除,引起結(jié)構(gòu)腐蝕,加 速膠層老化,降低膠接強(qiáng)度,甚至造成脫膠。 (常用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)3、鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的制造過程:蜂窩夾芯的制造、 夾芯外形的加工、 蒙皮與蜂窩芯膠接前的清洗、 涂膠與裝 配、固化、裝配件的檢驗(yàn)與試驗(yàn)。蜂窩夾芯制造的方法:成形法、拉伸法。成形法:先將鋁箔壓成波紋狀, 然后將波紋狀鋁箔疊合膠接起來。 用于厚度 大、剛性大的合金箔、特殊的非正六邊形蜂格的夾芯。拉伸法:先在鋁箔上涂上或印上膠條, 然后將鋁箔疊合膠接起來, 最后再將 疊層拉伸成蜂窩芯

29、。用于:鋁合金的正六邊形或方形蜂格的夾芯。 制造蜂窩夾芯的工藝過程(拉伸法 :(1鋁箔表面處理堿洗除油、硝酸光化、磷酸陽極化表面處理(提高壽命(2 鋁箔涂膠拉伸法制造蜂窩夾芯涂膠方法:縱條涂膠、橫條涂膠。(3 鋁箔的疊合和固化鋁箔的疊合:將涂了膠的箔條按需用的張數(shù)疊合。疊合的要求:定位準(zhǔn)確,保證相鄰兩張箔條上的膠條相錯(cuò)半個(gè)間距。 鋁箔的固化:熱壓機(jī)或熱壓罐中加溫、加壓固化。(4夾芯的拉伸成形和加工先拉伸后加工外形:先將固化好的疊層拉伸成蜂窩塊, 再用專用蜂窩加工機(jī) 床加工出蜂窩零件外形。先加工外形后拉伸:先將疊層(壓縮狀態(tài)下的毛坯加工成一定的形狀,在拉伸 成具有所要求外形的蜂窩芯塊。 先進(jìn)飛機(jī)

30、裝配技術(shù)及其應(yīng)用案例除了常用加工技術(shù)外 , 世界各國還投入巨資研究和發(fā)展現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù) , 以滿足政治、經(jīng)濟(jì)和國防發(fā)展的需要。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展 , 現(xiàn)代飛行器制 造的先進(jìn)技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一、數(shù)控加工技術(shù)和高速加工技術(shù)先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代國防工業(yè)武器裝備研制和生產(chǎn)中的重要支撐技術(shù)。 為了解決我國武器裝備生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足的問題, 國家投入了數(shù)以百億計(jì)的資金 購買了大量的先進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備。 目前, 許多國防企業(yè)擁有的先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的數(shù) 量已經(jīng)達(dá)到或超過國外同類企業(yè)的數(shù)控設(shè)備的保有量, 但生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足的局 面并未得到根本改變。 其主要原因主要在于, 在引進(jìn)先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的同時(shí),

31、并沒 有引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控加工工藝技術(shù),使得在采用同樣的數(shù)控機(jī)床和刀具的情況下, 我國企業(yè)的數(shù)控加工效率經(jīng)常只能達(dá)到國際先進(jìn)水平的 1/101/4, 產(chǎn)品的加工 質(zhì)量也得不到有效的控制和保證。 生產(chǎn)成本高、 生產(chǎn)效率低已經(jīng)成為軍工制造業(yè) 發(fā)展進(jìn)程中的瓶頸問題。為了提高國防企業(yè)的數(shù)控加工效率,實(shí)現(xiàn)從“技術(shù)改造”到“改造技術(shù)”的 跨越,落實(shí)國防工業(yè)“強(qiáng)化基礎(chǔ)、提高能力、軍民結(jié)合、跨越發(fā)展”的指導(dǎo)方針 和建立資源節(jié)約和環(huán)境友好社會的重大戰(zhàn)略思想,在國防科工委的大力支持下, “十五” 期間北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院作為技術(shù)依托單位, 承擔(dān) 了國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目“基于切削過程仿真的數(shù)控加工工藝優(yōu)化技

32、術(shù)應(yīng)用研究” 。 經(jīng)過為期三年卓有成效的研究, 項(xiàng)目研究工作取得了顯著的成果。 所開發(fā)的數(shù)控 切削參數(shù)及工藝優(yōu)化技術(shù)與工具以及優(yōu)化型數(shù)控切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫對于提高軍工 行業(yè)數(shù)控加工技術(shù)能力和應(yīng)用水平, 促進(jìn)軍工行業(yè)整體制造水平的提升, 具有重 要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 加工效率明顯提高其中薄壁構(gòu)件的加工效率提高 了 25%以上,剛性構(gòu)件和支架類零件的加工效率提高 40%以上。 產(chǎn)品質(zhì)量顯著 改善通過參數(shù)優(yōu)化, 以前加工中存在的缺陷得到了很好的解決, 產(chǎn)品合格率 提高近了 20%以上。 過去因零件薄壁處顫刀紋而造成壁厚超差的工件的產(chǎn)品合格 率僅為 50%,通過工藝參數(shù)優(yōu)化,顫刀問題得到了解決,產(chǎn)品合

33、格率達(dá)到 90%以 上。 整體加工能力提升在原有設(shè)備和人力的前提下, 某項(xiàng)目的生產(chǎn)能力從 年產(chǎn) 5架機(jī)提升至 8架機(jī)以上的生產(chǎn)能力, 產(chǎn)品合格率也從過去的 70%提升至 90%以上。數(shù)控設(shè)備是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)滲透而形成的機(jī) 電一體化產(chǎn)品 , 已成為現(xiàn)代航空航天制造業(yè)的主流制造設(shè)備 , 一般占設(shè)備總數(shù)的 40%以上。數(shù)控技術(shù)覆蓋了機(jī)械制造技術(shù)、信息處理、加工、傳輸技術(shù)、自動控 制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)等領(lǐng)域。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢是 向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、數(shù)字化的方向發(fā)展。制造業(yè)不僅需要產(chǎn)品零件的高質(zhì)量 , 同時(shí)還需要提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。高速加工技

34、術(shù)這一最有發(fā)展前途 和極具革命性的技術(shù) , 已成為機(jī)加技術(shù)發(fā)展的主流方向。 如采用框中框 (BoxinBox結(jié)構(gòu)和對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大型龍門五坐標(biāo)高速銑床 , 在航空航天制造業(yè)中得到了廣 泛的應(yīng)用 , 已成為航空航天器整體結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵加工設(shè)備。由高速加工中心構(gòu)成 的柔性加工單元取代了以往的專用生產(chǎn)線 , 實(shí)現(xiàn)了對航空航天器整體構(gòu)件的高速 高效加工。采用五坐標(biāo)聯(lián)動高速加工中心進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)件加工 , 可實(shí)現(xiàn)高速切削 和空間曲面控制能力的綜合優(yōu)勢。二、復(fù)合材料及其成形技術(shù) 了廣泛深入研究, 取得了大量有工程應(yīng)用價(jià)值的研究成果, 具體體現(xiàn)在新設(shè)計(jì)飛 機(jī)主要承力部件大量應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu), 如 A380復(fù)

35、合材料中央機(jī)翼、 A400M 復(fù)材翼面與機(jī)身、波音 787復(fù)合材料機(jī)翼等。 A400M 的復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)復(fù)材結(jié)構(gòu)在 A380上的應(yīng)用: A380飛機(jī)已經(jīng)交付數(shù)家用戶,其優(yōu)良性能和 舒適性被廣為稱道。復(fù)材用于該機(jī)的部件有中央翼盒結(jié)構(gòu),尾翼結(jié)構(gòu),襟翼、副 翼結(jié)構(gòu),擾流板結(jié)構(gòu),機(jī)身上壁板、機(jī)身地板梁(跨度 6m 、機(jī)身后體球框 (6.2m×5.5m,樹脂膜溶塑成型工藝 RFI 、整流罩結(jié)構(gòu)等。 A380的復(fù)材用量約 占結(jié)構(gòu)重量 25%,其最大設(shè)計(jì)特點(diǎn)就是首次將復(fù)材用于中央翼盒,并達(dá)到減重1.5t 的效果。 另外它的碳纖維復(fù)材水平尾翼整體油箱的結(jié)構(gòu)半展長達(dá)到 19m , 超 過了 A320

36、 的機(jī)翼半展長,號稱是世界上正在飛行的最大復(fù)材整體油箱。機(jī)身上 使用的 Glare 層板達(dá)到 470m2,與傳統(tǒng)鋁合金相比,減重 25%以上,疲勞壽命提 高 1015倍。 垂尾前緣更是使用長達(dá) 14m 的 Glare 層板結(jié)構(gòu), 大型整體結(jié)構(gòu)的使 用可見一斑。復(fù)材結(jié)構(gòu)在波音787上的應(yīng)用 :該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)均為復(fù)材結(jié)構(gòu),其復(fù)材用量 占全機(jī)重量 50%,最有里程牌意義的是使用了復(fù)材機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu),并在結(jié)構(gòu)維護(hù)上做出了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展, 其目標(biāo)是做到比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的波音 767降低使用維護(hù)成本 30%。同時(shí), TiGr 層板(碳纖維增強(qiáng)的鈦板 、耐高溫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)也在機(jī)翼前 緣、發(fā)動機(jī)吊艙上獲得應(yīng)用。復(fù)合材料

37、本身就是在與高性能輕質(zhì)鋁合金的競爭中前進(jìn)的, 經(jīng)常是此消彼長, 難分伯仲,特別是 7000系列高純度鋁合金,對其競爭之勢不可小視,如 7150高強(qiáng)鋁合金拉伸強(qiáng)度達(dá)到 560MPa 以上, 常規(guī)性能比目前采用的高強(qiáng)鋁合金高 10%以上, 而且具有優(yōu)良的綜合使用性能, 在飛機(jī)上使用可帶來明顯的結(jié)構(gòu)效益。 多 家研究表明, 7075鋁合金用于制造機(jī)翼上壁板的優(yōu)勢,是當(dāng)下高性能復(fù)合材料 不能取代的,這就是說,單單對于機(jī)翼上壁板,再好的設(shè)計(jì)師,以目前的復(fù)材體 系是不能夠設(shè)計(jì)出在重量上低于 7000系列鋁合金材料的機(jī)翼上壁板。縱觀波音 與空客復(fù)材飛機(jī)結(jié)構(gòu),相比之下, A380使用復(fù)材結(jié)構(gòu)更為慎重,以繼承發(fā)

38、展為 主, 將全復(fù)材中央翼盒用在了高濕區(qū)與避免沖擊的飛機(jī)部位 (上有機(jī)身包圍, 下 有機(jī)身整流罩保護(hù) ;而波音 787使用復(fù)材結(jié)構(gòu)則是以全面創(chuàng)新性為主,其核心 是基于高強(qiáng)度、 中模量碳纖維與高韌性樹脂材料的結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)理念較為大膽前瞻, 但近代飛機(jī)發(fā)展研究的型號很多, 最后經(jīng)過用戶的使用篩選留下來, 形成大批量 機(jī)隊(duì)的才是成功的機(jī)型。除了軍用飛機(jī)上大量使用復(fù)合材料外 , 復(fù)合材料在民用飛機(jī)上的用量也越來 越大 , 如 A380的機(jī)身后段 (如圖 16所示 , 波音 787飛機(jī)的機(jī)翼和各機(jī)身段等都采 用了復(fù)合材料及整體成形技術(shù) , 它們不但可以大幅度減少零件、緊固件和模具的 數(shù)量 , 簡化工裝

39、, 減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量 , 同時(shí)也可以大大降低制造成本。 因此 , 復(fù)合材料及 其成形技術(shù)已成為現(xiàn)代飛機(jī)制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 圖 1-6A380的復(fù)合材料機(jī)身后段由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造方法和工藝過程與金屬結(jié)構(gòu)件截然不同 , 構(gòu)件的性能 設(shè)計(jì)與部件設(shè)計(jì)需一次完成。因此 , 大型飛行器復(fù)合材料構(gòu)件的 CAD/CAM技術(shù)、 新型固化模具、 大型計(jì)算機(jī)控制的固化設(shè)備、 固化工藝、固化監(jiān)控技術(shù)及計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制固化工序是復(fù)合材料構(gòu)件制造中的關(guān)鍵技術(shù)。 三、復(fù)材結(jié)構(gòu)的數(shù)字化鉆孔和連接技術(shù) 在復(fù)材部件的裝配中， 一般采用機(jī)械連接或膠接的方法將復(fù)合材料構(gòu)件或復(fù) 合材料構(gòu)件與金屬零件裝配在一起形成部件。由于復(fù)合材料構(gòu)件

40、的特殊性，它的 連接方法與金屬零件的裝配方法也有所不同。 787 客機(jī)的結(jié)構(gòu)材料有 50%是復(fù)合材料，機(jī)身的大部段殼體基本上都是復(fù)合 材料的?？紤]到復(fù)材機(jī)體結(jié)構(gòu)的特殊性，鉆孔時(shí)材料層間容易劈裂，而且又不適 宜敲打，所以它們的連接不能用一般的鉚接技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；另一方面，考慮到 787 客機(jī)的生產(chǎn)批量大， 有數(shù)量巨大的孔需要鉆制，所以波音和合作伙伴研制了專用 的自動化鉆孔鉚接設(shè)備和相關(guān)的工藝技術(shù)， 以此來確保 787 客機(jī)的裝配連接質(zhì)量 和速率，同時(shí)保持低的成本 四、整體結(jié)構(gòu)件的加工成形技術(shù) 隨著飛機(jī)飛行速度的提高,現(xiàn)代很多飛機(jī)都采用半硬殼式或硬殼式結(jié)構(gòu),這 些結(jié)構(gòu)的主要零部件大多采用整體結(jié)構(gòu)件。例

41、如,EF2000 的中機(jī)身蒙皮就是一個(gè) 結(jié)構(gòu)高度一體化、 高承力的復(fù)合材料整體硬殼式結(jié)構(gòu) B737-700 的水平尾翼、 梁、 框、肋和壁板等也大量采用了整體結(jié)構(gòu)。飛機(jī)機(jī)體大量采用整體結(jié)構(gòu)后,對飛機(jī) 的整個(gè)制造技術(shù)和制造過程產(chǎn)生了重大影響。 整體結(jié)構(gòu)的制造有利于全面采用先 進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)件和工裝的三維實(shí)體數(shù)字建模,并進(jìn)行數(shù)字預(yù)裝配、數(shù) 控加工編程、加工過程模擬、工件的數(shù)字測量和檢驗(yàn),以及裝配型架的計(jì)算機(jī)輔 助定位安裝等工作。 從而使飛機(jī)的互換協(xié)調(diào)工作、工裝夾具的設(shè)計(jì)與安裝以及飛 機(jī)的裝配等工作進(jìn)一步簡化。 飛機(jī)外形的協(xié)調(diào)和零部件的互換將由原來主要依靠 成形模具和裝配夾具來保證,逐步過渡到主要依靠零部件自身的形狀和尺寸的加 工準(zhǔn)確度和計(jì)算機(jī)輔助定位安裝來實(shí)現(xiàn)。因此,整體結(jié)構(gòu)件的加工成形技術(shù)是現(xiàn) 代飛機(jī)制造技術(shù)中的重要課題。 大型整體構(gòu)件制造技術(shù)需要制造巨