大底腳螺紋抽釘鉚接工藝研究

摘 要：文章論述一種單面連接緊固件大底腳螺紋抽釘鉚接工藝過程及要求，并對生產中出現的鉚接缺陷進行了總結。著重從裝配工藝方面分析產生的原因，通過采取相應的措施，降低了螺紋抽釘鉚接的故障率。

關鍵詞：大底腳；螺紋抽釘；夾層厚度；斷頸槽；墩頭

1 概述

隨著科技的進步與發展，碳纖維復合材料在航空及航天的應用越來越廣泛。在現今飛機生產中，復合材料裝配占據了重要位置。為了解決生產中復合材料裝配的難題，采用了許多新型緊固件，如：大底腳螺紋抽釘，高鎖螺栓，純鈦鉚釘等。其中大底腳螺紋抽釘，是我國自行研制的一種單面連接緊固件，標準件的選擇和鉚接過程方面做了很多工作和努力。

2 大底腳螺紋抽釘的性能特點

大底腳螺紋抽釘由釘體，芯桿，釘套，塑料環圈及驅動螺母5個零件組成。主要有以下性能特點：（1）可以從單面進行安裝，適用于結構不開敞部位；（2）釘體材料Ti-6A1-4V、芯桿材料A286、釘套材料1Cr18Ni9Ti。安裝后與復合材料接觸的鈦合金、不銹鋼，和復合材料電位匹配，不會產生電位腐蝕；（3）能在結構背面形成大底腳，在相同夾緊情況下降低對結構的單位壓力，避免復合材料產生損傷；（4）采用三點鎖緊，鎖緊力矩大，可保證在嚴重振動條件下結構的整體性；（5）夾緊力可控制，可消除安裝結構之間的間隙，并可從芯桿短頸槽的高度來檢查抽釘裝配后的夾緊情況；（6）結構緊湊，重量輕；（7）用驅動螺母安裝，可保證安裝無故障，延長安裝工具的使用壽命，且使用驅動螺母后可以使釘體上十字槽變淺，提高抽釘的疲勞壽命；（8）允許在不大于7°的斜面上安裝。

3 大底腳螺紋抽釘的鉚接缺陷

雖然大底腳螺紋抽釘具有以上優點，在飛機中不開敞區域大量被采用，但在實際裝配中，卻發現其故障率高，典型故障為：（1）不完全成形；（2）螺頭破壞；（3）襯套張開或反向卷縮；（4）襯套裂開以及芯桿凹陷等問題。

尤其以螺頭破壞和芯桿凹陷的故障最為突出。而大底腳螺紋抽釘為單面連接件，出現故障時必須更換，由于其釘體材料為鈦合金，芯桿材料為鋼，拆除時極易造成復合材料壁板孔邊劈裂或分層，另外復合材料壁板不允許敲擊，拆除后造成的多余物又不易排出等一系列問題。

4 大底腳螺紋抽釘鉚接成形工藝過程

4.1 專用工具

為了確保抽釘的裝配質量，應用專用工具拉槍進行施鉚。

拉槍技術規格

工作壓力 0.5Mpa

額定扭距 9.8N·m

空載轉速 最大300r/min

4.2 螺紋抽釘成形工藝過程

（1）將選出的螺紋抽釘放入制好的孔中，用拉搶插入芯桿和驅動螺母，保持拉搶與螺紋抽釘在同一直線上。（2）起動拉搶按扭，螺紋抽釘芯桿向逆時針方向轉動，使釘體與驅動螺母擰成一體，芯桿繼續擰緊，套管隨芯桿旋轉并向上提起，當套管與夾層板接觸后即停止旋轉并開始壓縮形成錐狀體。（3）繼續擰緊芯桿，消除夾層板之間的間隙，即形成大底腳，板亦完全夾緊。（4）大底腳完全形成后，芯桿即在短頸槽處斷開。芯桿斷頭與驅動螺母隨即被頂出，形成后墩頭。

5 大底腳螺紋抽釘的鉚接工藝要求

5.1 螺紋抽釘孔的要求

大底腳螺紋抽釘是碳纖維復合材料結構連接時使用的緊固件，制孔質量將直接影響其安裝質量，為保證孔的精度和質量，減少刀具的磨損，對制孔要求如下：（1）螺紋抽釘安裝孔徑要求，其中Φ4螺紋抽釘孔徑為Φ4.2，制孔時需要特別注意。鉆孔時鉆頭要垂直于零件表面；鉆頭的切削進給量不宜過大，尤其即將鉆通時更應減小進給量；鉆孔的全過程中風鉆、鉆頭應處于高速旋轉狀態；鉆頭應保持鋒利，一般每鉆20～40個孔鉆頭需要重新刃磨一次，以防止鉆頭使用時間過長鈍化，切削能力減弱，產生軸向力而使復合材料壁板分層；孔的端面如果有毛刺，應使用細砂紙修光。（2）為提高螺紋抽釘的安裝質量，制孔后必須進行鉸孔。鉸孔時應使用硬質合金鉸刀，鉸孔時鉸刀應垂直于零件表面，進給量不宜過快，壓力不宜過大。鉸刀前端應該帶導向，特別是在厚度大、剛性大的部位，尤其要注意。鉸孔后應用塞規檢查鉸孔質量。（3）锪窩時可使用硬質合金锪鉆或金剛石鍍層锪鉆，锪窩100°。為防止表面劈裂，锪窩鉆必須旋轉以后接觸工件。锪窩后檢查窩的外觀質量、窩的圓柱度。（4）由于復合材料層間剪切強度小，其鉆孔主要矛盾表現在鉆頭出口端壁板表面出現撕裂、分層、毛刺，造成孔口尺寸不規則。這是因為切削阻力變小，使出口速度突然加快，造成出口處纖維撕裂。為此，在復合材料鉆孔時，在鉆頭出口端加墊板，保證墊板與復合材料壁板貼嚴。

5.2 夾層厚度的測量

安裝螺紋抽釘前應用夾層鉤尺檢查裝配件的夾層厚度，在測量夾層厚度時，應先消除裝配件之間的間隙，保證待鉚接件緊密貼合。當螺紋抽釘安裝板的背面為一斜面時，夾層厚度應按孔的中心線測定，斜面不應超過7°。為了確保螺紋抽釘的使用性能，抽釘應在規定的夾層范圍內使用，當出現臨界夾層狀態時推薦使用大一號釘長的螺紋抽釘。

5.3 安裝螺紋抽釘

螺紋抽釘安裝要求涂漆濕裝配，與復合材料制件連接的螺紋抽釘，在具體裝配前，光桿部分均涂以H01-101H清漆安裝。安裝螺紋抽釘時不允許強迫敲入。

5.4 安裝后的檢查

根據拉鉚后芯桿斷口凸出高度檢查螺紋抽釘拉鉚質量，大于規定值表示抽釘墩頭較短，小于規定值則表示抽釘墩頭較高。

5.5 抽釘的拆除

當螺紋抽釘拉鉚成形后存在嚴重缺陷必須拆除時，應使用裝有硬質合金刀具的手風鉆將芯桿鉆掉。應注意多余物的排出。

5.6 芯桿的銑削

（1）將凸出蒙皮表面的芯桿銑平，不得損傷釘體表面，并涂一層TB06-9底漆，一層TS70-60灰色磁漆。（2）推薦用裝有硬質合金刀具的風動銑銑平，轉速約10000r/min，對直徑φ5mm、φ6mm的抽釘用15～20mm直徑的銑刀。銑削時刀具應偏離芯桿中心5mm，不允許刀具與芯桿中心一致銑削。

6 大底腳螺紋抽釘鉚接問題的解決措施

通過對以上大底腳螺紋抽釘的鉚接工藝分析，我們采取以下相應措施加以解決：（1）制孔時鉆頭要垂直于零件表面，防止孔偏斜。（2）當鉆頭出口面為復合材料時，必須使用墊板，防止孔邊損傷，提高制孔質量。（3）檢查螺紋抽釘的孔位，確保不在零件的凸臺處。（4）消除裝配應力及結構間隙，在安裝螺紋抽釘部位，結構件之間的夾層間隙值不應超過0.3mm。（5）安裝前應用夾層鉤尺檢查裝配件的夾層厚度。（6）為了確保螺紋抽釘的使用性能，抽釘應在規定的夾層范圍內使用，當出現臨界夾層狀態時推薦使用大一號釘長的螺紋抽釘。（7）螺紋抽釘安裝時應按圖樣及技術條件要求涂漆濕裝配。（8）安裝螺紋抽釘時不能強迫敲入。（9）螺紋抽釘拉鉚后，必須檢查芯桿高度，以此來判斷螺紋抽釘的成形質量。

7 結束語

文章通過對大底腳螺紋抽釘鉚接工藝過程的描述，分析了螺紋抽釘鉚接的特點以及故障率高的原因。通過制定相應的改進措施，降低了螺紋抽釘的故障率，從而提高了復合材料壁板的裝配質量。

參考文獻

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[2]陳同安.飛機制造工藝技術指南[M].沈陽飛機工業（集團）有限公司，1996.

[3]范玉青.現代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

作者簡介：李榮霞（1974-），女，遼寧人，本科學歷，工程師，主要研究方向：飛機裝配工藝。