一钉一铆“拼”战机
宋 茹
恶劣气候条件下, 飞机飞行时, 机翼会剧烈抖动, 此时, 有人会问, 机翼会不会在空中折断?
事实上, 机翼有着相当良好的韧性, 其安全系数是比较高的, 除了在优选材料、设计等方面之外, 还受益于安全可靠的铆接工艺。除此之外, 战机那庞大的机身并非一体成型的, 同样是靠着铆接工艺, 把不同尺寸的蒙皮以及机体结构紧密地“拼接”起来。
采用铆钉把多个工件连接起来的方式是铆接, 生活用品里像剪刀、铁钳等, 小物件会用, 船舶、航天器、桥梁制造这类大工程, 也都运用了铆接这个工艺。
当战机开始出现之时起, 连接工艺在航空工业制造以及维修范围里被大量运用。那么, 连接的制造技法有着什么样的与众不同的长处? 又是怎样把战机“组合”起来的呢? 请查看这篇文章的剖析。
在中国人民革命军事博物馆的兵器馆当中, 有一架米格 – 15歼击机被陈列着, 它的编号是079, 这架飞机的机身之上布满了铆钉哦, 照片由周乐提供。
铆接工艺优点多
战机会于高空之处, 以高速状态飞行, 在此期间, 常常会历经低温状况, 以及强风这般的恶劣环境, 进而给机体结构带来很大的考验。
和汽车车身那种能整体压铸成型不一样, 战机的结构部件是复杂的, 它得满足不同结构件对于材料的连接需求, 还得满足不同结构件对于形状的连接需求, 同时得满足不同结构件对于尺寸的连接需求, 并且要保证机体结构紧固。
现代工艺里常见的金属构件连接方式主要是, 焊接, 铆接以及螺栓连接, 选取哪种连接方式, 与金属材料, 形状, 厚度, 受力方向, 使用环境等因素有关系。其中, 铆接工艺依靠独特情形崭露头角，变成战机上运用最为广泛的连接方式。
轻量化是一种选择, 高速度、高性能一直是战机长久追逐的目标, 为能轻装上阵战机制造“每克必争”, 一代代努力“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, 很容易因焊接受热而破损变形, 只能通过物理方式固定。
另一方面, 存在着飞行环境所提出的要求。战机在高速飞行之际, 会受到气流的影响从而产生颠簸, 蒙皮会受到来自各个方向上的拉伸、弯曲等作用力, 这一方面, 要求连接工艺能够将各部件紧固起来, 有效分散各方应力, 另一方面, 还需要具备抗疲劳、抗裂、抗反复振动等特性。
除此以外, 战机于升级维护进程当中, 要拆卸蒙皮, 去检查内部故障这一问题。焊接技术达成的是永久性连接, 一旦蒙皮之上发觉裂纹, 那就不得不把它大面积换新, 不但耗时费力, 还增添了维修成本。而铆接工艺能够轻易拆装部分蒙皮, 维修效率显著提高。
如今, 航空工业技术不断发展, 铆接工艺从最初单一的手工作业开始, 逐渐衍生出液压铆接、电磁铆接等新的技术, 进而满足不同材料、不同部位的连接需求。
小小铆钉能量大
我们近距离观察飞机时, 会发现蒙皮上有数量多得数不清的, 如同“指甲盖”那般大小的铆钉, , 据悉, 一架中型客机的全身到处都布满了上百万颗铆钉。
航空铆钉有着各样不同的形态, 存在繁多的种类, 常用情形下有埋头铆钉、凸头铆钉等, 依据安装环境不一样, 连接方式不一样, 尺寸大小不一样, 铆钉的选择也并非完全一样, 另外, 铆钉自身的材料以及制造质量跟铆接工艺的可靠性存在关联。
早期, 铆钉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, 且在航空航天、船舶工业等领域被广泛应用, 后来, 因战机蒙皮材料升级, 铆钉材料历经了从铜制、铝制, 再到钢、镍等金属材质的改变。
一代材料对应着一代装备, 新型材料投入运用, 必定会促使武器装备进行迭代升级, 当下, 隐形战机以及复合材料的现身, 对铆钉提出了更为严苛的要求, 以铝合金和钛合金作为代表的铆钉, 渐渐成为了“主流”, 这里面, 铝合金铆钉主要是用以连接蒙皮的, 而钛合金具备更高的强度以及更好的耐腐蚀性, 通常也会被赋予重要任务, 去连接飞机骨架、起落架等部件。
航空类产品, 质量当属首要。铆钉的制造品质同样至关重要, 看上去尺寸仅仅只有几毫米那般大小的铆钉, 其加工精度甚至能够达到微米级别, 怎样以标准化进行批量生产从而制造出合格的铆钉, 从设计开始, 到制造过程, 再到检验环节, 必须每一步都严谨严格。
当下, 各个不同国家以及诸多行业依据实际所需的内容, 采用不一样的制造标准, 有着像国际标准化组织的ISO 15983这样的标准。还有美国航空航天工业协会制定的标准NAS等亦然。除此之外, 部分航空公司也存在着自己专属的铆钉制造标准, 像比如波音公司所拥有的BACR这种。不管是以上哪一个种类的标准, 均针对铆钉的材料、尺寸范围、完好性状况、力学方面性能以及耐腐蚀性程度等作出了明确的要求。
进入实际加工阶段, 对于一枚铆钉而言, 其生产工艺涵盖了材料准备这一环节, 还有钉杆拉制这一工序, 以及锻造成型这一步骤, 另外包括表面处理这一过程, 也有头部加工这一操作, 甚至包含淬火回火等一系列工序, 此加工精度有着极高的要求, 并且借助特定的字母以及数字, 给铆钉编上如同“身份证号”一般的标识, 以此便于识别以及后期追溯。
重要关口是确保质量合格的检验所在之处。铆钉在这一阶段, 要进行外观尺寸方面的检验, 要去做拉伸强度的检验, 还要搞扭矩等方面的检验, 若有必要, 部分比如断裂载荷、耐盐雾等关键指标会被测试。经过层层筛选以后, 铆钉才可以“上岗”。
制造条件十分严苛, 赋予了铆钉强大的能量, 据测算, 铆钉的比强度高达1100兆帕, 也就是说, 每平方厘米的面积要承受10辆小轿车的重量, 由此可见, 小小的铆钉凭借自身过硬的能力, 成为了战机飞行安全的重要保证。
每道工序皆学问
战机制造属于一项复杂的工程, 这工程需要耗费许多工时。其中, 装配工序在总工时里所占的比例达到了百分四十至五十的范围。与此同时, 在装配工序里, 超过百分之三十的劳动量却用于花费在铆接上面了。
耗时长的缘由在于, 铆钉数量众多, 并且, 铆接工艺流程极为复杂, 于铆接进程当中, 需历经大量的设计以及计算。能够这么讲, 每一道工序都有着相应的学问。
举先进的五代机铆接这个例子来说, 五代机蒙皮为满足隐身性以及气动外形要求, 采用的大多是埋头铆钉, 埋头铆钉跟蒙皮一块儿构成整个光滑的机体表面, 从而减少气动阻力, 这种方式对铆接工序有着很高的要求。
第一步是进行定位, 在铆接之前, 所需要的是一系列的准备工作, 要依据铆接的位置, 从而对铆钉开展排列布局, 设计师会按照材料力学的原理, 针对载荷分布以及传递规律去进行科学的计算, 进而设计出更为合理的铆钉形状以及间距, 对于机翼这类关键部位, 还得以铆钉列阵的形式去设计, 以此确保能够凭借足够的强度以及硬度来支撑连接部位。
进行第二步操作, 此操作是钻孔。钻孔工作要在前期经过布局定位的结构件之上开展, 钻孔时其位置必须要准确无误, 哪怕单个孔距有着不到1毫米的偏差, 都极有可能致使整个零件的加工工作走向失败结局。基于这样的原因, 设计师选用了直接于蒙皮上进行投影的方法, 甚至进一步运用AI技术来定位呀, 以此达成保证打孔位置精准度的目的。
于实际操作之际, 装配工人得在连接件的表面之上, 加工出一个凹槽来, 其大小跟钉帽的尺寸达成一致, 以此让铆钉能够完全嵌入到蒙皮之中, 接着呢, 要在结构件的内侧去进行打孔, 留作备用。
先是做好定位、钻孔之类准备工作, 接着正式进入铆接工序, 装配工人把合适铆钉插入先前打孔位置, 再用铆枪将铆钉紧实压入以形成连接, 随后对铆接件表面凸起部分整形, 让其与其他部件平整连接, 这是第三步铆接整形。
完成铆接工作后, 检验人员会对铆钉外观严格检验, 要保障钉头整齐, 其表面美观, 不存在歪斜、磕伤以及裂纹等缺陷, 与此同时, 会对铆接件检验, 查看强度是否契合要求, 有无松动问题, 在确保其质量合格之后才开展最终交付。
交付后就可以了吗？当然不是，“售后服务”也必须完备。
有一架战机, 在历经长时间的“风吹日晒”之后, 肯定会出现“金属疲劳”, 其“皮肤”上就难以避免地产生划伤裂纹, 而铆钉也会存在一定程度的磨损。在维护保养这个阶段, 维修人员需要系统地检查战机的整体状态, 去更换那种松动、断裂以及损伤的铆钉, 还要对机身出现的裂纹、腐蚀, 再次开展铆接修理。其目的是, 在确保战机整体的强度以及气动外形要求的前提条件下, 尽力去控制结构重量。
航空工业技术向快速发展的方向迈进, 致使铆钉连接技术渐渐走向成熟, 这是一种日趋成熟的状态。可以确信的是, 伴随自动控电钻孔铆钉施工技术、电磁铆钉连接技术等先进技术的诞生, 必然会促使战机制造以及维修效率得到提升, 进而为战机飞行安全保驾护航, 使得战机飞行有了可靠保证。
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