新支線飛機外翼盒段制孔工藝改進研究

撰文/中航飛機西安飛機分公司　賴麗珍　陽波

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新支線飛機外翼盒段制孔工藝改進研究

撰文/中航飛機西安飛機分公司賴麗珍陽波

飛機機翼是產生升力的主要部件，其強度直接影響飛機的安全性能，新支線飛機外翼盒段主要采用鉚接連接方式，各零件之間連接緊固件數量較多，制孔工作量大，手工制孔效率低、質量不穩定且工人勞動強度很大。針對這些問題，改進制孔方法，采用定距鉆、自動進給鉆制孔，以提高制孔效率和制孔質量、降低工人勞動強度。

一、引言

ARJ21飛機是我國國家自行研制的中短程新型渦扇支線飛機，機翼外翼盒段零部件制造、裝配都在中航飛機西安飛機分公司完成。隨著民航需求的提升，支線飛機的訂單逐步增加，所以如何縮短產品加工周期、提升產品質量顯得尤為突出。

隨著市場對飛機安全系數、使用壽命和舒適度的要求越來越高，產品設計的要求也越來越嚴格。在制孔工藝上，采用傳統的手工制孔方法已很難達到設計要求。為了更好地保證產品質量，提高工人操作時的舒適度，應該嘗試更多的新工藝、新方法，竭盡所能讓國產飛機的性能越來越好，縮短與國際水平之間的差距。

二、機翼翼盒制孔現狀分析

總裝型架上完成的工作量主要是機翼上下壁板、前梁、后梁、24個肋和部分系統零件的裝配安裝，翼盒結構局部示意圖如圖1所示。其中與機翼上下壁板連接的緊固件孔總數量多達6524個,且采用的都是手工制孔，工作量約占整個翼盒總裝工作量的2/3，其中部分連接緊固件是采用凸頭、埋頭高鎖螺栓。

例如前、后梁與機翼上下壁板連接的緊固件主要是高鎖螺栓HST13AP-8、 HST13AP-10及HST13AP-12。前后梁、上下壁板總長均為13m左右，制孔信息及緊固件數量如表所示。

表　制孔信息及緊固件數量

圖1　翼盒結構局部示意圖

對于凸頭高鎖螺栓，一個孔至少要進行鉆、擴和鉸三次操做，孔徑大的標準件要進行多次擴孔，對于埋頭高鎖螺栓，還要進行锪窩。由于緊固件數量多、孔徑大，制孔工序復雜，且上、下壁板進行過噴丸強化，所以工人勞動強度很大，制孔周期較長。另外，手工制孔質量還受到工人的技術、經驗、身體和精神狀況等的影響。由于制孔超差而造成的拒收數量在全年的拒收數量中很大的比重。因此，亟需尋找提高外翼盒段制孔質量的方法。

定距鉆和自動進給鉆技術比較成熟，制孔精度高、制孔效率高且質量穩定。定距鉆集鉆、擴、鉸和锪窩于一體，在緊固件數量較多的部位采用定距鉆制孔有很大優勢。自動進給鉆在制夾層厚、孔徑大的緊固件孔時優勢比較明顯，針對不同零、部件的特性采用不同制孔方式。

三、外翼盒段制孔質量超差原因分析

根據機翼翼盒緊固件數量多，孔徑大，制孔工序復雜等特點，深入分析目前的緊固件制孔流程和產品拒收情況，從人、機、料、法、環和測（“5M1E”法）六個方面梳理出工作流程中可能對翼盒制孔質量產生影響的因素，具體如圖2所示。

圖2　“5M1E”法分析圖

四、外翼盒段制孔質量改進研究

1.改進外翼盒段的制孔質量

針對“5M1E”法分析出的原因，進行深入研究后，制定出以下幾個改進方向。

◎ 加強操作人員理論知識培訓，定期組織技能考試，強化技術水平。

◎ 改進制孔方案，將前后梁與上下壁板緊固件制孔方法改進為定距鉆制孔。將主起支撐接頭、1肋緣條與上下壁板制孔方法改進為自動進給鉆制孔。

◎ 不同孔徑對應工具上的襯套外徑及鉆模板上的鉆模孔徑不同。以定距鉆舉例，每一種孔徑對應的鉆模孔、襯套外徑都是唯一的，如10#釘對應工具的襯套就無法插入8#釘的鉆模孔，可以有效的防止制錯孔徑，示意圖如圖3所示。

◎ 翼盒總裝型架氣源總管從壓空管道上接出，埋地敷設到型架附近，所有硬管的對接均采用焊接。再分若干個支管沿型架立柱敷設，支管上設置若干個快卸接頭，風帶與硬管上快卸接頭連接，配合緊密，基本沒有漏氣現象再發生。

圖3　定距鉆制孔

◎ 與設計人員溝通完善技術文件，并采用樣釘來確定锪窩窩徑。

2.定距鉆和自動進給鉆制孔過程介紹

（1）前、后梁與上下壁板定距鉆制孔過程。

◎ 定位第一套鉆模，即定位孔鉆模，按鉆模上孔徑鉆模孔向梁透孔。

◎ 分解拆下定位孔鉆模。

◎ 定位壁板后，將第1步中已制的定位孔從梁緣條內側透出來，透制到壁板上。

◎ 定位定距鉆鉆模，按上步中已制的孔用定位銷把鉆模把緊，如圖4所示。

◎ 用定距鉆進行制孔。

◎ 鉸孔至終孔。

圖4　定位定距鉆鉆模

（2）主起支撐接頭、1肋與機翼上下壁板自動進給鉆制孔過程。以主起支撐接頭與上壁板制孔為例。

◎ 按主起支撐接頭外形定位鉆模，用手持鉆套從鉆模向主起支撐接頭制幾個定位孔，如圖5所示。

◎ 分解拆下鉆模。

◎ 定位壁板后，將第1步已制的孔透制到壁板上。

◎ 按第3步制好的定位孔定位鉆模，如圖6所示。

◎ 用自動進給鉆進行制孔。

圖5　透制定位孔　

圖6　定位自動進給鉆鉆模

五、試刀試驗驗證制孔質量

為了驗證定矩鉆和自動進給鉆制出的孔精度和質量是否滿足要求，在正式用于產品之前，需要進行試刀試驗。試驗方案為：申請工藝試驗件，在試刀臺上進行制孔，查看工具制孔情況，測量各數值是否滿足要求。

1.試驗準備工作

申請工藝試驗件：為了讓試驗反映工具在產品上制孔時的真實情況，申請與前梁、后梁、上壁板和下壁板材料相同的工藝試驗件。申請試刀臺、手持鉆套，編輯試刀指令。

2.定矩鉆試驗過程制訂

◎ 將工藝試驗件和鉆模板在試刀臺上定位夾緊。

◎ 在鉆模孔內用手持鉆套制一個定位孔。如圖7所示，工人正在制定位孔。

圖7　制定位孔

圖8　使用定距鉆制孔

◎ 將定距鉆上的定位銷插入定位孔中，將鉆模連接凸臺插入附近一個鉆模孔內，按下活門，定位銷自動膨脹拉緊，主軸自動進給制孔。圖8為工人正在使用定距鉆制孔。

◎ 用終孔鉸刀進行鉸孔。

◎ 觀察孔壁質量，測量孔的孔徑、窩徑和垂直度等。圖8為定距鉆制出的緊固件孔。

◎ 自動進給鉆的試刀試驗過程與定距鉆類似，自動進給鉆端頭的襯套與鉆模上的鉆模孔連接，刀套限制刀具在制孔時擺動，保證孔位精度和垂直度。每個鉆模孔兩側有螺釘，在制孔過程中固定工具。

3.試驗結果

工程圖樣上要求的精確公差干涉配合的孔徑公差為0.05mm，標準干涉配合的孔徑公差為0.07mm。

用定距鉆和自動進給鉆制出的孔徑精度為0.03mm。定距鉆一次完成鉆、擴、鉸及锪窩4項操作，但為確保每個孔的表面質量也都達到要求，在制完孔后，需再進行一次鉸孔；自動進給鉆制孔分兩刀。試驗中定距鉆一共制孔300個，自動進給鉆制孔200個。用檢驗塞規檢查孔徑，孔徑均合格；觀察孔壁質量，孔表面光滑無刀痕，滿足要求。

經試驗驗證，定距鉆和自動進給鉆在制孔時運行順暢，與鉆模板上的鉆模孔配合緊密，制出的孔精度和質量都滿足工程圖樣要求。

六、結語

通過開展制孔技術研究，取得了良好的效果，為后續機型研制提供保證，具體表現如下幾點。

（1）加快生產節奏。通過進行“新支線外翼盒段制孔質量改進研究”，ARJ21-700機翼翼盒制孔質量和效率得到大幅度提高，降低工人勞動強度，加快生產節奏，制孔質量改進效果明顯。12個人同時工作的情況下，制孔周期由10個工作日壓縮為4個工作日。按批量年產10架機計算，一年共計節省約110萬元，產生了一定的經濟效益。

（2）降低工人勞動強度。定距鉆和自動進給鉆在進行制孔時，工具能牢固的與產品結合并自動進給制孔，工人只要在制完一個孔后，將鉆模連接凸臺卡在另一個鉆模孔內就可以了，大大減輕了工人的勞動強度。

（3）提高產品質量。定距鉆鉆模采用兩套鉆模，消除了由于蒙皮厚度公差導致的鉆模孔和產品上定位孔錯位的問題；定距鉆和自動進給鉆上的鉆模連接凸臺（襯套）保證了孔位精度和垂直度的穩定，避免員工主管因素導致的失誤，大大提高了產品質量。

（4）防差錯措施。與之前的鉆孔樣板比較，鉆模設計時不同孔徑的高鎖螺栓孔及定位孔的孔徑都不相同，并帶有顏色標記，不同的孔徑無法與同一個襯套連接，防差錯效果顯著。