大型客机铝锂合金壁板自动钻铆技术

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1、刚圳。。。。，儿。∥。。n大飞机数字化装配大型客机铝锂合金壁板自动钻铆技术AutomaticDriUingandRiVetingTechnologyofAl—LiAlloyPanelofLargeAircraft南京航空航天大学机电学院陈文亮姜丽萍王珉中国商飞上海飞机制造有限公司蒋红宇王宇波余路夕≮一陈文亮南京航空航天大学机电学院教授、博士研究生导师。主要研究方向为飞机装配技术、CAD／CAE／CAM和智能制造技术。铆接工艺具有操作过程简单、连接质量稳定可靠、易于实现质量控制、能够适应不同材料之间的连接等优点，在民用客机的装配中

2、得到了广泛使用，铆接约占全机总连接量的80％，是民用客机装配的主要连接方式自动钻铆是民用飞机装配连接第三代铝锂合金具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好等诸多优异特性，是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，c919即在机身结构中选用了铝锂合金材料。采用自动钻铆取代手工制孔铆接可提高工艺稳定性，同时优化自动钻铆工艺参数，提高连接质量，对确保铝锂合金连接件疲劳寿命达到设计要求将起到至关重要的作用。DoI：10．16080巧．issnl671-833x．2015．04．047的发展趋势，采用自动化铆

3、接可有效提高飞机装配质量，满足机体长寿命连接的设计要求。第三代铝锂合金具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好等诸多优异特性，是近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料。c919在机身结构中选用了铝锂合金材料，用来取代常规铝合金，可降低结构重量10％～15％，提高结构刚度15％～20％尽管第三代铝锂合金具有重要的优势，但是与传统铝合金(如2024)相比。其缺口敏感性仍然较高：由于铆接作为铝合金材料主要的连接方法在大客装配连接中采用，而铝锂合金在制孔铆接后仍然存在较大的缺口效应，对孑L壁质量及铆接间隙的

4、敏感程度高，需要采用稳定的干涉铆接方法来保证连接质量。因此，采用自动钻铆取代手工制孑L铆接可提高T艺稳定性，同时优化自动钻铆工艺参数，提高连接质量，对确保铝锂合金连接件疲劳寿命达到设计要求将起到至关重要的作用。本文在介绍目前飞机壁板自动钻铆系统的基础上，结合MPAc自动钻铆系统开展了铝锂合金壁板自动钻铆工艺的研究。2015年第4期·肮窄制造技术47钐论坛飞机壁板自动钻铆系统飞机装配技术面临着自动化、数字化和柔性化的发展趋势，面对日益激烈的竞争，在研制飞机自动化装配系统时需要综合考虑装配效率、系统柔性、设备成本等因素j作为最早实现

5、的领域，飞机壁板自动钻铆成为飞机自动化装配最成熟、应用最广泛的领域。随着自动化程度的提高，超级壁板拼接甚至机身筒段装配也开始应用自动钻铆系统”。1lj美国是最早发展自动钻铆技术的国家，早在20世纪50年代就已在飞机铆接装配生产线上应用了自动钻铆机，经过50多年的发展，现在世界各航空T业发达国家都已广泛采用这项技术?由于自动钻铆机带有高速、高精度的钻削主轴头，一次进给既能钻出高精度的孑L，又可将埋头窝的深度进行精确控制，铆接时可准确控制压铆力和压铆行程，因而可大大提高铆接的质量和效率。当前飞机壁板自动钻铆系统主要有两种形式：基于全

6、自动托架的自动钻铆系统和龙门式自动钻铆系统。基于全自动托架的自动钻铆系统，包括C框和D框两种形式，一般南基于全自动托架的五坐标定位系统和自动钻铆机组成。典型的五坐标全自动托架南爿、'7、两个z轴和一个4轴组合实现x、，，、z、4(绕x轴旋转)、B(绕，f轴旋转)五坐标定位功能。基于全自动托架的自动钻铆系统包括美国捷姆科公司的G2000、G86，德国宝捷公司的IPAc等。龙门式自动钻铆系统，包括龙门式五坐标定位系统、末端执行器和柔性1二装。根据工件摆放位置(也决定末端执行器的位置)可以分为卧式和立式两种。龙门式五坐标定位系统可实现

7、x、y、z、爿(绕x轴旋转)、曰(绕，r轴旋转)五坐标定位。龙门式壁板自动钻铆系统包括美国EI公司的E6000、德国宝捷公司的MPAC48航空制造技术·2015年第4期等二图1是用于c919中机身装配线上机身壁板自动钻铆的MPAc自动钻铆系统。近年来国内各主机厂与研究所和高校合作开展了飞机壁板自动钻铆系统的研究，中航工业成飞、西飞、沈飞、西北T业大学、南京航空航天大学等都开展了自动钻铆系统的研制。成飞和西飞在引进国外自动钻铆机的基础上，白行开发了五坐标全自动托架系统。南京航空航天大学针对飞机壁板特点，研制了基于Pogn柱托架的龙

8、门式自动钻铆系统，如罔2所示，该系统的龙门系统可实现x、'，、z、44坐标定位，曰角由Pogo柱托架来实现"Ij铝锂合金自动钻铆工艺试验量有十分重要的影响【4I二铝锂合金与常规铝合金相比，其材料性能有显著的改善，对铝合金铆钉在干涉铆接过程中干涉量的形成有很大的不