1第六章飞机装配机械连接§6.1概述对连接技术的要求:现代飞行器—结构、材料、性能、质量、成本要求,对制造技术要求,结构设计思想发展—静强度设计,安全寿命设计,耐久性和损伤容限设计,抗疲劳断裂设计对连接技术的要求:质量稳定,高强度,长寿命,高可靠性2第六章飞机装配机械连接§6.1概述安全寿命设计思想安全寿命设计概念要求飞机结构在使用寿命期内不出现宏观可检裂纹,这也就是说安全寿命设计仅考虑裂纹的形成寿命,不考虑裂纹的扩展寿命。由于检测裂纹手段的限制,裂纹形成寿命实际上是指结构从开始使用到形成一定尺寸裂纹(通常称为工程可检裂纹)的使用时间。这段使用时间也称为安全使用寿命。3第六章飞机装配机械连接§6.1概述安全寿命设计思想安全寿命设计思想是以结构无初始缺陷假设为基础的。安全寿命设计方法及相应的规范不能够确保飞机结构的安全性。另外,靠用大的安全寿命系数来保证安全性和可靠性,又往往使构件设计得太保守,所以,这种设计方法需要改进。目前在飞机结构设计中,已普遍采用损伤容限设计方法,但是对于认为不宜采用损伤容限概念的结构,例如起落架和发动机架等,仍然采用安全寿命设计。4第六章飞机装配机械连接§6.1概述•损伤容限设计:损伤容限设计思想的基本含义是:承认结构在使用前就带有初始缺陷,但必须把这些缺陷或损伤在规定的未修使用期内的增长控制在一定的范围内,在此期间,结构应满足规定的剩余强度要求,以保证飞机结构的安全性和可靠性。损伤容限的设计目标通过损伤容限设计和进行裂纹扩展与剩余强度分析,保证飞机结构在未修使用期内,其剩余结构(带损伤结构)仍然能够承受使用载荷作用,不出现结构的破坏或过分变形。损伤容限设计思想的基本方法是:通过损伤容限特性分析与试验,对可检结构给出检修周期,对不可检结构给出最大允许初始损伤。以保证结构在给定的使用寿命期限内,不致由于未被发现的初始缺陷、裂纹或其它损伤扩展而发展成灾难性的破坏事故5第六章飞机装配机械连接§6.1概述•耐久性设计:耐久性是指飞机在规定的期限内,飞机结构抵抗疲劳开裂(包括应力腐蚀和氢脆所引起的开裂)、腐蚀、热退化、剥离、脱层、磨损和外来物损伤作用的能力。耐久性设计的基本要求是:飞机结构应具有大于一个设计使用寿命的经济寿命。所谓经济寿命是指结构出现大范围的裂纹,以致于要修理不经济,不修理又会影响使用功能。在经济寿命内,结构不会出现功能消弱或失效,例如油箱渗漏、座舱失压等。经济寿命指标应根据特定的飞机要求及用户对飞机性能和维修费用可接受的程度来确定。6第六章飞机装配机械连接§6.1概述连接接头形式工艺分类:机械连接(螺纹,铆接,键槽,楔,针钉),胶接(金属胶接,蜂窝,复合材料)焊接(锻焊,钎焊,熔焊,固态焊)承力形式分类:点承力,(铆接、螺接、点焊……);连续缝承力,(胶接、焊接、扩散连接……)混合承力,(胶—铆、胶—焊……)7第六章飞机装配机械连接§6.1概述机械连接技术:传统、重要、不可替代;重要传力部位;70%疲劳事故发生于机械连接部位;工作量占全机工作量20%以上;数量以百万件计,重量5~6%,成本占总成本2~5%(军机12~15%),随设备、材料后第三位,某些现代歼击机超过金属材料总成本。8第六章飞机装配机械连接§6.1概述机械连接的特点:优点:工艺、工具简单,成本低廉,质量稳定可靠,检验直观,适应性好,技术进展,满足要求.弱点:材料(几何结构完整性)破坏,力学性能不连续,应力集中,削弱强度、疲劳强度,结构增重和变形9第六章飞机装配机械连接§6.1概述铆接(rivet)是将铆钉(rivet)穿过被联接件的预制孔中经铆合而成的联接方式。其联接部分称为铆缝(rivetslot)。10第六章飞机装配机械连接§6.1概述典型对缝铆接11第六章飞机装配机械连接§6.2连接结构的疲劳寿命孔的冷挤压强化12第六章飞机装配机械连接§6.2连接结构的疲劳寿命喷丸、挤压强化后孔的应力分布13第六章铆接和铆接结构装配§6.2连接结构疲劳寿命孔壁冷挤压强化工艺比较工艺分类主要特点适用范围制造复杂系数工作效率疲劳寿命增益比较芯棒挤压分瓣式芯棒直接挤压孔壁,芯棒质量直接影响孔质量铝合金和钛合金Φ4—Φ503低较高单工作环1低多工作环1.8-2较高开缝衬套挤压通过衬套间接挤压孔壁,避免孔壁被损伤铝合金、钛合金合金钢2-2.2高高滚柱滚压滚珠滚压均布在圆周上的高硬度滚柱钢珠对孔壁挤压铝合金或合金钢大型深孔,大型薄壁内孔(钢质小孔)3(1-2)低低14第六章飞机装配机械连接§6.2连接结构的疲劳寿命强化前后孔壁应力变化15第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术连接孔的制作要求:孔要求:孔径公差0.1~0.3mm,同轴度、垂直度、毛边毛刺、孔壁粗糙度制孔方法:钻,铰,拉,冲孔位确定——划线,导孔,钻模,最小边距2d,最小孔距4d16第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术制孔工具:17第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术制孔方法:钻模要求高强度材料,钻模采用钻套,钻模可采用一般材料,钻套采用高强钢。按导孔钻孔18第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术锪窝:埋头铆钉:蒙皮与骨架之间的连接19第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术锪窝工具:20第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术锪窝工具:复合锪钻21第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术制窝方法选择:22第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术制窝方法选择:压窝钻初孔,去除孔边毛刺,阳模准销插入工件孔中,阳模、阴模压紧工件,压窝,将初孔扩至铆钉孔最后尺寸。23第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术孔强化孔壁强化图6-12芯棒直接挤压(a)和加套挤压(b)1、3-芯棒;2、7-工件;4-开缝衬套;5-枪端组件;6-拉拔油缸;7-拉枪24第六章飞机装配机械连接§6.3制孔技术孔强化孔挤压增寿机理1.残余压应力影响2.孔壁表面质量改善的影响3.微观结构变化的影响孔角与沉头窝强化1.孔角强化2.沉头窝强化:窝底倒角;窝底挤压3.孔周压印25第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术普通铆接:铆接典型工序1.钉头;2-顶杆;3-墩头26第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术普通铆接:铆钉直径d(mm)铆钉长度L(mm)镦头直径D(mm)镦头高度h(mm)简图2~31.4d+S(1.5±0.1)×d0.4d3.5~4.01.3d+S5~61.2d+S(1.45±0.1)×d27第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术普通铆接:28第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术冲头:29第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术铆接:锤铆锤铆反铆:顶铁顶住钉杆形成墩头,铆枪的铆钉力打在铆钉头上。正铆:顶铁顶住铆钉头,铆枪的铆钉力直接打在钉杆上形成墩头。正铆:优点:表面不受损。缺点:大的顶铁力,铆枪在工件内部。反铆:优点:顶铁力小,常用于骨架铆接。缺点:直接打击蒙皮表面。30第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术正铆与反铆31第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术普通铆接:锤铆锤铆存在问题:铆接质量不稳定;铆接变形大;劳动强度大噪音大,振动大;生产率低下。32第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术锤铆常见铆接缺陷:序号图形缺陷种类1钉杆在钉头下镦粗;铆钉头与零件有间隙。2铆钉镦头直径过小33第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术锤铆常见铆接缺陷:序号图形缺陷种类3铆钉镦头高度、直径过小4铆钉头或镦头被打伤、有切痕、有裂纹34第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术锤铆常见铆接缺陷:序号图形缺陷种类5铆钉镦头呈喇叭形6镦头偏斜35第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术锤铆常见铆接缺陷:序号图形缺陷种类7钉杆在孔内弯曲8钉杆在零件间被镦粗36第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术压铆:用静压力镦粗铆钉,形成镦头压铆的优点:铆接质量稳定;劳动生产率高;工件变形较小;工人的劳动条件好。压铆机:手提压铆机:只适用于铆接组合件、部件等结构边缘处的铆钉,也可用于架内铆接37第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术压铆机:手提压铆机:只适用于铆接组合件、部件等结构边缘处的铆钉,也可用于架内铆接固定压铆机:主要适用于框、梁、肋平面类以及小型组合件的压铆。手提压铆机—可调上下冲头距离38第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术(riveting)干涉配合铆接(interferencefitriveting)CrownheadrivetHeadlessrivetprotrudingheadrivetandcountersunkheadrivets39第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术(riveting)干涉配合铆接(interferencefitriveting)干涉配合:施铆时钉杆膨胀,对孔壁造成径向压缩,钉孔受钉杆挤压而产生一种径向压应力。干涉铆接是沿整个迭层厚度的埋头窝和孔内部都获得规定的钉孔干涉量的铆接方法。干涉量(interferencefitlevel):I:相对干涉量D’:铆接后孔径(mm)D0:铆接前孔径(mm)I1%,I3%%10000DDDI40第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合铆接干涉量:I1%,I3%I1%,孔边产生拉应力,I1%由于弹性区回弹产生压应力,提高疲劳强度.干涉配合:铆钉小于孔,铆接后铆钉膨胀产生干涉过盈配合:轴比孔大,外力强迫%10000DDDI41第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合铆接干涉配合铆接种类:普通铆钉干涉配合、无头铆钉干涉配合、冠头铆钉干涉配合。普通铆钉干涉配合铆接工艺过程(conventionalinterferencefitriveting)42第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合铆接无头铆钉干涉配合铆接(interferencefitrivetingwithheadlessrivet)冠头铆钉干涉配合铆接(interferencefitrivetingwithCrownheadrivet)43第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合形成44第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术普通铆钉冠头铆钉无头铆钉干涉量0.6-6%,沿钉杆干涉配合均匀度差干涉量0.8-5%,沿钉杆干涉配合较均匀干涉量1.5-3%,干涉配合铆接差具有密封性密封性、疲劳性较好密封性好、耐疲劳性压铆或正铆单个压铆或反铆,蒙皮厚度大于1.5倍沉头窝深度钉孔公差要求严格适用工厂现有设备适用工厂现有设备无预制钉头,采用专用钻铆设备45第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合铆接(沉头窝形状)埋头窝锥度(taperangle)减小压铆力,防止铆钉出现裂纹保证填满埋头窝,保证密封性能46第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术无头铆钉铆接时的外伸量1-凸头部分;2-埋头窝;3-间隙;4-镦头影响干涉量的因素铆接前,钉与孔的间隙和埋头窝深度铆接前铆钉外伸量外伸量大:干涉量大外伸量小:形不成足够的干涉量铆模形状:采用凹铆模,不宜采用平铆模压铆力和压铆时的闭合高度孔表面粗糙度47第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉量的测量•横切法•纵切法(a)沉墩头型;(b)平锥墩头形干涉配合铆接干涉量的测量部位图48第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合对疲劳寿命的影响外载作用下,钉和孔的接触面产生了较大的摩擦力,摩擦力承担了一部分外载荷干涉配合使孔边产生预应力,使孔边缘切向力的最大值和变化幅值显著下降干涉配合切向应力分布49第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉配合对疲劳寿命的影响外载作用下,钉和孔的接触面产生了较大的摩擦力,摩擦力承担了一部分外载荷干涉配合使孔边产生预应力,使孔边缘切向力的最大值和变化幅值显著下降连接方法松孔配合干涉配合受外载荷后的应力水平疲劳寿命110006000050第六章飞机装配机械连接§6.4铆接技术干涉量大小的影响1.减少最大应力幅及平均应力2.干涉量大于孔切削刀痕的深度3.干涉量产生的预应力,不会使结构变形4.预应力小于产生应力腐蚀的临界值51