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在中国人民革命军事博物馆的兵器馆当中, 有一架米格 – 15歼击机被陈列于彼处, 其编号为079, 该机机身之上布满了铆钉, 此乃周乐所提供的图片。
在呈现恶劣气候状况的情况下, 飞机进行飞行, 其机翼会出现剧烈抖动的现象, 处于这样的时刻, 有人会发出这样的疑问: “机翼有没有可能在处于空中的时候发生折断的情况呢? ”。
实际上, 机翼具备相当出色的韧性, 有着较高的安全系数, 除去在优选材料以及设计等层面之外, 还归因于安全且可靠的铆接工艺。而且, 战机那庞大的机身并非是一体制成型样的一体式, 同样是经由这种铆接工艺, 把尺码不一的蒙皮与机体结构紧密地像是拼接般连接起来。
运用铆钉把各个工件一同连接起来的方式是铆接, 像是生活用品里的剪刀、铁钳等, 包括船舶、航天器以及桥梁制造这些大物件生产, 全都采用了这种铆接工艺。
自战机问世之时起, 铆接工艺在航空工业制造以及维修范畴被广泛运用。那么, 铆接工艺具备怎样独特的优势? 又是怎样把战机“拼接”起来的呢? 请看本文的解读。
铆接工艺优点多
战机于高空进行高速飞行之际, 时常会经历低温状况, 还会遭遇强风这般的恶劣环境, 这给机体结构带来了极大的考验。
战机的结构部件, 和汽车车身整体压铸成型不一样, 它很复杂, 要分别满足不同结构件关于材料、形状、尺寸的连接需求, 还得保着机体结构紧固, 标点符号。
焊接、铆接以及螺栓连接, 是现代工艺中那些常见的金属构件连接方式, 选择哪种连接方式, 与其金属材料、形状、材料厚度、受力方向还有使用环境等多种因素相关联, 其中, 凭借着独特优势而脱颖而出的铆接工艺, 变成了战机上使用最为广泛的连接模式。
高速度、高性能一直都是战机的永恒追求, 在此追求中有轻量化的选择, 为了能轻装上阵, 一代代战机制造几乎把每克都做非常苛刻细致争取, 努力瘦身, 采用了铝合金、钛合金等轻薄款材料, 蒙皮厚度在2到5毫米, 这种蒙皮可焊接性能差, 常常十分容易因焊接受热而破损变形, 只能通过物理方式进行固定 , 这属于轻量化选择中的一方面。
另一方面, 存在飞行环境的要求。战机高速飞行时期, 因气流影响会产生颠簸状况, 蒙皮会受到各个方向之中的拉伸、弯曲此类作用力, 既要求连接工艺能够紧固起来各部件, 有效分散各方应力, 同时还要具备抗疲劳、抗裂以及抗反复振动诸多特性。
除此以外, 战机于升级维护进程当中, 要进行拆卸蒙皮的操作, 以此检查内部存在的故障问题。焊接技术达成的是永久性连接目的, 一旦在蒙皮上寻觅到裂纹, 那就必须得把它大面积更换为新的, 这样做不但耗费时间精力, 而且还使得维修成本有所增加。然而铆接工艺能够较为轻松地进行部分蒙皮的拆装, 维修效率显著得到提升。
当下, 伴随航空工业技术的发展进度进展, 原本单纯靠手工独自作业来进行的铆接工艺, 缓缓渐渐分步渐渐地不断衍生出了包括液压铆接、电磁铆接种种各类不等的新的技术工艺, 目的是为了能够迎合满足不同种类材料、不同具体部位的进行连接的需求要求。
小小铆钉能量大
若我们近距离去观察飞机, 便能够发现, 在其蒙皮之上, 存在着数量多得数都数不清的、如同“指甲盖”那般大小的铆钉。依据所了解到的情况, 一架中型客机, 它那全身各处都是布满了上百万颗这样的铆钉。
航空铆钉, 形态可谓是各种各样, 种类那是相当繁多, 常用的存在埋头铆钉、凸头铆钉等等, 依据安装所处环境、连接所采用方式、尺寸大小不一样, 铆钉的选择并非完全相同。另外, 铆钉自身材料以及制造质量关乎铆接工艺可靠性。
早期, 铆钉大多是木制或者骨制的小栓钉, 1916年, 有一名科学家获得了能够单面铆接的盲铆钉专利, 并且在航空航天、船舶工业等领域被广泛应用, 后来, 由于战机蒙皮材料升级, 铆钉材料历经了从铜制、铝制, 再到钢、镍等金属材质的转变。
一代材料对应着一代装备, 新型材料一旦被运用起来, 就必定会促使武器装备进行迭代升级。当下, 隐形战机出现了, 复合材料也出现了, 这二者的出现对铆钉提出来更高的要求, 以铝合金以及钛合金作为代表的铆钉渐渐变成了“主流”。从其中来看, 铝合金制的铆钉主要是用来连接蒙皮的, 而钛合金, 它的强度更高一些, 耐腐蚀性也更好一些, 通常情况下也会被委以重任, 去连接飞机骨架、起落架等部件。
被称为航空产品的东西, 质量是摆在首位的。铆钉这种东西, 其制造质量也是相当关键的, 那种看起来尺寸仅仅只有几毫米大小的铆钉, 它的加工精度居然甚至达到了微米级, 那么要怎样才能够标准化批量制造出合格的铆钉呢, 从设计开始, 到制造, 再到检验, 每一步都必须严格把关。
当下, 各个不同的国家以及各个不同的行业, 依据实际存在的需求, 采用各不相同的制造标准, 像国际标准化组织所制定的ISO 15983 , 以及美国航空航天工业协会所出台的标准NAS等等诸如此类。除此之外, 某些航空公司也存在着自身的铆钉制造标准, 举例来说波音公司的BACR便是如此。不管是哪一种标准, 均针对铆钉的材料、尺寸、完好性、力学性能、耐腐蚀性等方面作出了明确的要求。
于实际加工阶段而言, 一枚铆钉的生产工艺含有材料准备这一工序, 还有钉杆拉制工序, 也有锻造成型工序, 亦有表面处理工序, 也存在头部加工工序, 以及淬火回火等诸多工序, 其加工精度要求特别高, 并且借助特定的字母以及数字, 给铆钉编上如同代表身份信息一样能进行识别以及方便后期追溯作用的“身份证号”。
质量合格的重要保障在于检验这要紧一关, 于这一阶段之时, 针对铆钉而言, 其需针对外观尺寸、拉伸强度以及扭矩等相关方面展开检验, 在必要情形之下, 还会针对部分关键指标实施测试, 诸如断裂载荷、耐盐雾之类, 历经重重筛选之后, 铆钉方可得以“上岗”。
处在严苛的那种制造环境之下, 铆钉被赋予了强大的能量。经过测算, 铆钉的比强度达到了1100兆帕 的程度, 这就等同于每平方厘米的那个面积上面 需要承受10辆小轿车份量的重量。总体而言, 可以这么说, 小小的铆钉靠着它自身过硬的那种能力, 成为了战机飞行安全方面一种重要的保证。
每道工序皆学问
制造战机属于一项特别繁复的工程, 这需要消耗大量的工时。其中, 装配这一工序在总工时里所占的比例为达到百分之四十至百分之五十, 而在装配工序具备百分之三十以上的劳动量均是花在了铆接方面。
耗费时间长的缘由, 在于铆钉数量众多, 并且铆接工艺极为不简单, 于铆接进程里要历经大量数量的设计还有计算工作。能够讲, 每一道工序全都是蕴含着学问的。
拿先进的五代机铆接来说, 为了达成隐身性以及气动外形所需条件, 五代机那个蒙皮大部分采用埋头铆钉, 跟蒙皮一块儿构成整个平滑的机体表面, 以此来降低气动阻力, 这样的方式对于铆接工序有着极高的要求。
首先, 要进行定位, 这里说的是在铆接之前, 得开展一系列的准备工作, 凭借铆接位置去分布排列铆钉。接着, 设计师呢, 会依照材料力学的原理来对载荷分布以及传递规律搞进行科学计算, 与此同时, 去设计恰当的铆钉形状以及间距。再来, 针对机翼等关键部位, 要依照专门的方式设计成铆钉列阵的样式, 通过这种设计来保证能够以充足的强度和适宜的硬度去支撑连接位置。
紧接着的步骤是钻孔, 是要拿钻孔这一操作, 付诸于在前期已经做了布局定位的结构件之上, 而钻孔的位置, 是绝对不可以出现任何差错的, 哪怕是单个孔与孔之间的距离所出现的不到1毫米的偏差, 都极有可能致使整个零件的加工进程走向失败, 正因如此, 设计师才运用了直接对准蒙皮进行投影的方法, 甚至还动用了AI技术为其做出定位, 用以达成保证打孔位置精准无误这一目的。
实际进行操作之时, 从事装配工作的工人, 要在连接件的表面, 加工出一个凹槽, 这个凹槽的大小, 要与特定钉帽的尺寸保持一样, 以此让铆钉能够完全嵌入蒙皮之中, 之后, 在结构件的内侧开展打孔操作, 为后续备用。
进入第三步, 也就是铆接整形环节。首先, 要完成定位、钻孔等一系列准备工作, 之后才正式开启铆接工序。在此工序中, 装配工人会把合适的铆钉插入事先打好孔的位置, 接着使用铆枪把铆钉用力紧实压入, 以此形成连接。不仅如此, 还要对铆接件表面突出的部分进行整形操作, 目的是让其能够与其他部件实现平整连接, 最终完成这一步骤。
铆钉的外观, 在铆接的工作结束之后, 会被做, 严格检验的事儿, 由检验人员干这事。要达到钉头整齐, 表面美观, 没有那种歪斜的状况, 也没有磕伤以及裂纹这些缺陷。与此同时, 铆接件会被检验, 要检查强度是不是符合要求, 也要看有没有松散的问题。只有确保质量合格了, 才会最终交付。
交付后就可以了吗？当然不是，“售后服务”也必须完备。
战机经历长时间“风吹日晒”, 易出现“金属疲劳”现象。于此情况下, “皮肤”上划伤裂纹难以避免, 甚至铆钉也会有一定磨损。进入维护保养阶段, 维修人员需系统检查战机整体状态, 针对松动、断裂、损伤的铆钉予以更换。针对机身现有的裂纹、腐蚀, 再次进行铆接修理。要在确保战机整体强度以及气动外形要求的前提下, 尽力控制结构重量。
由航空工业技术迅猛的发展, 致使铆接技术日益成熟起来。可以确信, 伴随自动钻铆以及电磁铆接等先进技术出现的时候, 必将会使战机制造和维修的效率得以提升, 进而为战机飞行的安全能够提供可靠的保障。（宋茹）
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