论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了某机型的某外挂点的协调装配的方法，分析了此挂点协调装配的难点，阐述了影响挂点装配质量的因素，以及为保证装配协调而采取的措施。着重讨论了对于结构形式为铆接在整体油箱处的大曲率钣金框及蒙皮上的外挂点采取什么样的工艺方案才能保证挂点的装配精度及油箱结构的密封性，保证挂点的协调装配。
关键词：飞机挂点，协调装配，精加工，铆接，整体油箱密封
某型飞机有一挂点用于外挂某装置，而此处不是飞机结构的主要承载区，没有布置强度高刚性好的结构件，只有钣金框和蒙皮等零件且外形曲率较大，挂点安装在这里铆接装配变形较大，并且挂点的四个支臂相距远，挂点孔的同轴度和相关形位公差要求高，目前的装配方法无法满足设计要求。挂点的位置又位于油箱区，设计或装配工艺不合理则又会产生漏油的隐患，所以如何装配加工才能保证挂点达到相关设计要求成了一个很大的挑战。鉴于西方国家战斗机的类似装置一般是挂装在现有的翼尖挂架上，且在国内无应用先例，目前我们没有类似的挂点装配制造经验可借鉴。
在某型飞机最先装配的几架飞机挂点是按销子定位铆接的常规方法装配的，装配后都发生了某装置无法挂装的问题，无法满足使用要求。本文结合生产实践，分析了保证挂点协调装配的难点，通过用数字化设备实际进行测量得出的数据进行统计分析，找出合理的设计补偿及工艺补偿，制定合理可行的工艺方法，新制相关工装及刀具，保证了挂点的协调装配。
1 某挂点结构分析及工艺方案分析
1.1 结构简介
挂点位于某机型尾部整体油箱的下部。挂点共有四个支臂。掛点的四个支臂距离较远，前后距离930mm，左右最小间距199mm；对于四个支臂上的孔相关位置精度要求极高，同轴度要求0.05mm。四个支臂都是铆接在钣金框及蒙皮上的，协调关系较复杂，且支臂与蒙皮是机加零件与钣金零件曲面贴合的配合，胶铆密封，装配工艺性非常差。
1.2 未改进前挂点装配状态简述
某型机最初版本的数模中没有对挂点的形位公差或特殊要求等进行标注，工艺方案为：在油箱下蒙皮组件装配型架上通过满销定位挂点支臂并铆接，随后在油箱舱装配型架上以蒙皮耳片孔定位下蒙皮组件，将油箱的上下蒙皮组件进行对接形成油箱圆筒组件；最后在油箱对合型架上完成油箱圆筒和方箱部分的最终对接。在某型飞机开工后设计发出技术单增加了对挂点交点孔同轴度的要求。此时油箱装配已完成，后续经过实物挂装证明现有的装配方法无法满足外挂装置的挂装要求：经测量，未改进前飞机此挂点交点孔不同轴度在2-3mm之间，装配变形量较大。
1.3 挂点装配不协调原因分析
经分析，造成挂点装配误差大，交点孔同轴度不好的原因主要有两点：一是设计不合理，四个挂点支臂是机加件，与蒙皮外表面贴合到一起进行铆接，配合表面较大且是曲面，由于钣金件制造误差远大于机加件，导致两者的配合表面贴合不好，铆接前两者之间局部间隙可达到1mm以上且无设计补偿，铆接后必然存在较大变形量；二是目前的装配方案相对于挂点新增加的同轴度及形位公
差要求不合理。挂点所在的部件在装配过程中经过三个型架定位，定位基准由挂点孔-下蒙皮耳片-圆筒组件尾端变化，基准的变化导致挂点装配误差大。
2 装配工艺方案的优化
根据以上原因分析，装配工艺方案的优化应从三个方面入手，分别是：优化装配顺序，增加设计补偿以及装配后增加交点孔精加工工序。
2.1 对装配顺序以及装配型架的更改
为保证挂点支臂在装配过程中基准统一，必须对装配顺序及工装进行相应更改：取消油箱下蒙皮装配型架上定位挂点支臂，改为在油箱上下蒙皮对合后再定位挂点支臂。为此在油箱舱装配型架的卡板上增加了挂点支臂定位器。
由于支臂除了与油箱下蒙皮相连，还与油箱舱内的两个钣金框铆接相连，所以必须相应调整钣金框的装配顺序，在上下蒙皮对接后定位挂点支臂，在支臂与蒙皮铆接后再进行两个钣金框的铆接。这样的装配顺序导致钣金框的铆接的施工空间极不开敞，虽然增加了装配难度，但是可以保证挂点支臂定位准确，铆接变形量可控制到最小。
2.2 设计补偿的增加
由于钣金件制造误差大，挂点支臂和蒙皮在曲面贴合处有间隙，为控制铆接变形，此处必须由设计给出必要的设计补偿。为补偿局部间隙，设计允许在支臂与蒙皮间允许加聚合物补偿填料进行补偿。由于此处位于油箱区，在增加填料后需对此处密封方式进行相应更改，为此将密封面由挂点支臂和蒙皮的贴合面改为蒙皮内表面，密封形式也由缝内密封改为了表面密封。与一般的表面密封不同的是，此处并未采用一般表面密封用的刷涂型密封胶，而是选用了强度较高的刮涂型密封胶。经多次油密试验验证，此密封形式可保证整体油箱的密封要求。
2.3 挂点交点孔的精加工
由于挂点孔同轴度要求高，支臂间距大，在结构装配完成后必须增加精加工工序来保证交点孔的精度达到设计要求。我们决定增加挂点支臂交点孔衬套的余量以便精加工铰孔。为满足设计对挂点支臂上孔的同轴度0.05的加工要求以及挂点前后距离尺寸930±0.5的加工要求，在油箱对合工装上增加一精加工钻模。
2.3.1 对交点孔进行精加工
加工挂点支臂衬套孔的初孔为φ14，加工到φ15.8H8，偏心量最大为1mm。在四个孔同时插入φ12--φ13.8的销子（见图3，五组销子选配，每组4个销子）来保证精加工偏心量小于1mm，然后用大功率风钻连接铰刀逐个铰孔孔进行精加工，每加工完一个孔后都用φ16H8销子（见图3）固定。精加工铰刀采用双向引导形式（见图3）。
2.3.2 钻模特点及刀具设计
钻模整体沿理论位置向前后、上下各有5mm微调行程，这样可以补偿油箱圆筒与方箱两部件对合带来的装配误差。 按设计对外挂装置的校靶要求对钻模整体有俯仰，航向及倾斜度的要求。对应精加工钻模，我们申请了三把扩孔钻和四把铰刀，分七刀对挂点的交点孔进行精加工。由于交点孔衬套为高强度钢，硬度及强度都很大，故刀片材质选用了Y330硬质合金。刀具配合钻模带有前后导部分。
最初的衬套材料为1Cr17Ni2，此材料易粘刀，在风钻加工的条件下由于转速低、抖动大，实际铰孔后发现表面粗糙度约为Ra3.2，达不到设计要求的Ra1.6。经与设计沟通，将衬套材料改为1Cr15Ni4Mo3N。虽然材料的屈服强度由930Mpa增加到1500Mpa，切削力有所增大，但是经过实际加工验证，更改后的材料铰孔后表面非常光滑，完全可以达到设计要求。
3 协调方案实施效果及结论
经过实际装配验证，我们所制定的工艺方法合理可行，精加工铰孔后孔壁表面质量好，经多架份实物挂装验证，挂点完全可以满足某投放装置的挂装。
本文探索了机加件挂点支臂如何与曲面钣金零件铆接装配并减小铆接变形、如何使工艺性不佳的结构进行协调装配以及精加工装置的合理设计、以及整体油箱密封形式的合理改进方法，满足了设计所对飞机性能改进所需的装配工艺水平的提升。
参考文献：
[1] 程宝蕖.飞机制造协调准确度与容差分配 [M].北京：航空工业出版社，1987.
[2] 范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
关键词：飞机挂点，协调装配，精加工，铆接，整体油箱密封
某型飞机有一挂点用于外挂某装置，而此处不是飞机结构的主要承载区，没有布置强度高刚性好的结构件，只有钣金框和蒙皮等零件且外形曲率较大，挂点安装在这里铆接装配变形较大，并且挂点的四个支臂相距远，挂点孔的同轴度和相关形位公差要求高，目前的装配方法无法满足设计要求。挂点的位置又位于油箱区，设计或装配工艺不合理则又会产生漏油的隐患，所以如何装配加工才能保证挂点达到相关设计要求成了一个很大的挑战。鉴于西方国家战斗机的类似装置一般是挂装在现有的翼尖挂架上，且在国内无应用先例，目前我们没有类似的挂点装配制造经验可借鉴。
在某型飞机最先装配的几架飞机挂点是按销子定位铆接的常规方法装配的，装配后都发生了某装置无法挂装的问题，无法满足使用要求。本文结合生产实践，分析了保证挂点协调装配的难点，通过用数字化设备实际进行测量得出的数据进行统计分析，找出合理的设计补偿及工艺补偿，制定合理可行的工艺方法，新制相关工装及刀具，保证了挂点的协调装配。
1 某挂点结构分析及工艺方案分析
1.1 结构简介
挂点位于某机型尾部整体油箱的下部。挂点共有四个支臂。掛点的四个支臂距离较远，前后距离930mm，左右最小间距199mm；对于四个支臂上的孔相关位置精度要求极高，同轴度要求0.05mm。四个支臂都是铆接在钣金框及蒙皮上的，协调关系较复杂，且支臂与蒙皮是机加零件与钣金零件曲面贴合的配合，胶铆密封，装配工艺性非常差。
1.2 未改进前挂点装配状态简述
某型机最初版本的数模中没有对挂点的形位公差或特殊要求等进行标注，工艺方案为：在油箱下蒙皮组件装配型架上通过满销定位挂点支臂并铆接，随后在油箱舱装配型架上以蒙皮耳片孔定位下蒙皮组件，将油箱的上下蒙皮组件进行对接形成油箱圆筒组件；最后在油箱对合型架上完成油箱圆筒和方箱部分的最终对接。在某型飞机开工后设计发出技术单增加了对挂点交点孔同轴度的要求。此时油箱装配已完成，后续经过实物挂装证明现有的装配方法无法满足外挂装置的挂装要求：经测量，未改进前飞机此挂点交点孔不同轴度在2-3mm之间，装配变形量较大。
1.3 挂点装配不协调原因分析
经分析，造成挂点装配误差大，交点孔同轴度不好的原因主要有两点：一是设计不合理，四个挂点支臂是机加件，与蒙皮外表面贴合到一起进行铆接，配合表面较大且是曲面，由于钣金件制造误差远大于机加件，导致两者的配合表面贴合不好，铆接前两者之间局部间隙可达到1mm以上且无设计补偿，铆接后必然存在较大变形量；二是目前的装配方案相对于挂点新增加的同轴度及形位公
差要求不合理。挂点所在的部件在装配过程中经过三个型架定位，定位基准由挂点孔-下蒙皮耳片-圆筒组件尾端变化，基准的变化导致挂点装配误差大。
2 装配工艺方案的优化
根据以上原因分析，装配工艺方案的优化应从三个方面入手，分别是：优化装配顺序，增加设计补偿以及装配后增加交点孔精加工工序。
2.1 对装配顺序以及装配型架的更改
为保证挂点支臂在装配过程中基准统一，必须对装配顺序及工装进行相应更改：取消油箱下蒙皮装配型架上定位挂点支臂，改为在油箱上下蒙皮对合后再定位挂点支臂。为此在油箱舱装配型架的卡板上增加了挂点支臂定位器。
由于支臂除了与油箱下蒙皮相连，还与油箱舱内的两个钣金框铆接相连，所以必须相应调整钣金框的装配顺序，在上下蒙皮对接后定位挂点支臂，在支臂与蒙皮铆接后再进行两个钣金框的铆接。这样的装配顺序导致钣金框的铆接的施工空间极不开敞，虽然增加了装配难度，但是可以保证挂点支臂定位准确，铆接变形量可控制到最小。
2.2 设计补偿的增加
由于钣金件制造误差大，挂点支臂和蒙皮在曲面贴合处有间隙，为控制铆接变形，此处必须由设计给出必要的设计补偿。为补偿局部间隙，设计允许在支臂与蒙皮间允许加聚合物补偿填料进行补偿。由于此处位于油箱区，在增加填料后需对此处密封方式进行相应更改，为此将密封面由挂点支臂和蒙皮的贴合面改为蒙皮内表面，密封形式也由缝内密封改为了表面密封。与一般的表面密封不同的是，此处并未采用一般表面密封用的刷涂型密封胶，而是选用了强度较高的刮涂型密封胶。经多次油密试验验证，此密封形式可保证整体油箱的密封要求。
2.3 挂点交点孔的精加工
由于挂点孔同轴度要求高，支臂间距大，在结构装配完成后必须增加精加工工序来保证交点孔的精度达到设计要求。我们决定增加挂点支臂交点孔衬套的余量以便精加工铰孔。为满足设计对挂点支臂上孔的同轴度0.05的加工要求以及挂点前后距离尺寸930±0.5的加工要求，在油箱对合工装上增加一精加工钻模。
2.3.1 对交点孔进行精加工
加工挂点支臂衬套孔的初孔为φ14，加工到φ15.8H8，偏心量最大为1mm。在四个孔同时插入φ12--φ13.8的销子（见图3，五组销子选配，每组4个销子）来保证精加工偏心量小于1mm，然后用大功率风钻连接铰刀逐个铰孔孔进行精加工，每加工完一个孔后都用φ16H8销子（见图3）固定。精加工铰刀采用双向引导形式（见图3）。
2.3.2 钻模特点及刀具设计
钻模整体沿理论位置向前后、上下各有5mm微调行程，这样可以补偿油箱圆筒与方箱两部件对合带来的装配误差。 按设计对外挂装置的校靶要求对钻模整体有俯仰，航向及倾斜度的要求。对应精加工钻模，我们申请了三把扩孔钻和四把铰刀，分七刀对挂点的交点孔进行精加工。由于交点孔衬套为高强度钢，硬度及强度都很大，故刀片材质选用了Y330硬质合金。刀具配合钻模带有前后导部分。
最初的衬套材料为1Cr17Ni2，此材料易粘刀，在风钻加工的条件下由于转速低、抖动大，实际铰孔后发现表面粗糙度约为Ra3.2，达不到设计要求的Ra1.6。经与设计沟通，将衬套材料改为1Cr15Ni4Mo3N。虽然材料的屈服强度由930Mpa增加到1500Mpa，切削力有所增大，但是经过实际加工验证，更改后的材料铰孔后表面非常光滑，完全可以达到设计要求。
3 协调方案实施效果及结论
经过实际装配验证，我们所制定的工艺方法合理可行，精加工铰孔后孔壁表面质量好，经多架份实物挂装验证，挂点完全可以满足某投放装置的挂装。
本文探索了机加件挂点支臂如何与曲面钣金零件铆接装配并减小铆接变形、如何使工艺性不佳的结构进行协调装配以及精加工装置的合理设计、以及整体油箱密封形式的合理改进方法，满足了设计所对飞机性能改进所需的装配工艺水平的提升。
参考文献：
[1] 程宝蕖.飞机制造协调准确度与容差分配 [M].北京：航空工业出版社，1987.
[2] 范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.