油箱區大曲率處大間距掛點的協調裝配

田寅 常秀堂 霍濤

摘 要：本文介紹了某機型的某外掛點的協調裝配的方法，分析了此掛點協調裝配的難點，闡述了影響掛點裝配質量的因素，以及為保證裝配協調而采取的措施。著重討論了對于結構形式為鉚接在整體油箱處的大曲率鈑金框及蒙皮上的外掛點采取什么樣的工藝方案才能保證掛點的裝配精度及油箱結構的密封性，保證掛點的協調裝配。

關鍵詞：飛機掛點，協調裝配，精加工，鉚接，整體油箱密封

某型飛機有一掛點用于外掛某裝置，而此處不是飛機結構的主要承載區，沒有布置強度高剛性好的結構件，只有鈑金框和蒙皮等零件且外形曲率較大，掛點安裝在這里鉚接裝配變形較大，并且掛點的四個支臂相距遠，掛點孔的同軸度和相關形位公差要求高，目前的裝配方法無法滿足設計要求。掛點的位置又位于油箱區，設計或裝配工藝不合理則又會產生漏油的隱患，所以如何裝配加工才能保證掛點達到相關設計要求成了一個很大的挑戰。鑒于西方國家戰斗機的類似裝置一般是掛裝在現有的翼尖掛架上，且在國內無應用先例，目前我們沒有類似的掛點裝配制造經驗可借鑒。

在某型飛機最先裝配的幾架飛機掛點是按銷子定位鉚接的常規方法裝配的，裝配后都發生了某裝置無法掛裝的問題，無法滿足使用要求。本文結合生產實踐，分析了保證掛點協調裝配的難點，通過用數字化設備實際進行測量得出的數據進行統計分析，找出合理的設計補償及工藝補償，制定合理可行的工藝方法，新制相關工裝及刀具，保證了掛點的協調裝配。

1 某掛點結構分析及工藝方案分析

1.1 結構簡介

掛點位于某機型尾部整體油箱的下部。掛點共有四個支臂。掛點的四個支臂距離較遠，前后距離930mm，左右最小間距199mm；對于四個支臂上的孔相關位置精度要求極高，同軸度要求0.05mm。四個支臂都是鉚接在鈑金框及蒙皮上的，協調關系較復雜，且支臂與蒙皮是機加零件與鈑金零件曲面貼合的配合，膠鉚密封，裝配工藝性非常差。

1.2 未改進前掛點裝配狀態簡述

某型機最初版本的數模中沒有對掛點的形位公差或特殊要求等進行標注，工藝方案為：在油箱下蒙皮組件裝配型架上通過滿銷定位掛點支臂并鉚接，隨后在油箱艙裝配型架上以蒙皮耳片孔定位下蒙皮組件，將油箱的上下蒙皮組件進行對接形成油箱圓筒組件；最后在油箱對合型架上完成油箱圓筒和方箱部分的最終對接。在某型飛機開工后設計發出技術單增加了對掛點交點孔同軸度的要求。此時油箱裝配已完成，后續經過實物掛裝證明現有的裝配方法無法滿足外掛裝置的掛裝要求：經測量，未改進前飛機此掛點交點孔不同軸度在2-3mm之間，裝配變形量較大。

1.3 掛點裝配不協調原因分析

經分析，造成掛點裝配誤差大，交點孔同軸度不好的原因主要有兩點：一是設計不合理，四個掛點支臂是機加件，與蒙皮外表面貼合到一起進行鉚接，配合表面較大且是曲面，由于鈑金件制造誤差遠大于機加件，導致兩者的配合表面貼合不好，鉚接前兩者之間局部間隙可達到1mm以上且無設計補償，鉚接后必然存在較大變形量；二是目前的裝配方案相對于掛點新增加的同軸度及形位公

差要求不合理。掛點所在的部件在裝配過程中經過三個型架定位，定位基準由掛點孔-下蒙皮耳片-圓筒組件尾端變化，基準的變化導致掛點裝配誤差大。

2 裝配工藝方案的優化

根據以上原因分析，裝配工藝方案的優化應從三個方面入手，分別是：優化裝配順序，增加設計補償以及裝配后增加交點孔精加工工序。

2.1 對裝配順序以及裝配型架的更改

為保證掛點支臂在裝配過程中基準統一，必須對裝配順序及工裝進行相應更改：取消油箱下蒙皮裝配型架上定位掛點支臂，改為在油箱上下蒙皮對合后再定位掛點支臂。為此在油箱艙裝配型架的卡板上增加了掛點支臂定位器。

由于支臂除了與油箱下蒙皮相連，還與油箱艙內的兩個鈑金框鉚接相連，所以必須相應調整鈑金框的裝配順序，在上下蒙皮對接后定位掛點支臂，在支臂與蒙皮鉚接后再進行兩個鈑金框的鉚接。這樣的裝配順序導致鈑金框的鉚接的施工空間極不開敞，雖然增加了裝配難度，但是可以保證掛點支臂定位準確，鉚接變形量可控制到最小。

2.2 設計補償的增加

由于鈑金件制造誤差大，掛點支臂和蒙皮在曲面貼合處有間隙，為控制鉚接變形，此處必須由設計給出必要的設計補償。為補償局部間隙，設計允許在支臂與蒙皮間允許加聚合物補償填料進行補償。由于此處位于油箱區，在增加填料后需對此處密封方式進行相應更改，為此將密封面由掛點支臂和蒙皮的貼合面改為蒙皮內表面，密封形式也由縫內密封改為了表面密封。與一般的表面密封不同的是，此處并未采用一般表面密封用的刷涂型密封膠，而是選用了強度較高的刮涂型密封膠。經多次油密試驗驗證，此密封形式可保證整體油箱的密封要求。

2.3 掛點交點孔的精加工

由于掛點孔同軸度要求高，支臂間距大，在結構裝配完成后必須增加精加工工序來保證交點孔的精度達到設計要求。我們決定增加掛點支臂交點孔襯套的余量以便精加工鉸孔。為滿足設計對掛點支臂上孔的同軸度0.05的加工要求以及掛點前后距離尺寸930±0.5的加工要求，在油箱對合工裝上增加一精加工鉆模。

2.3.1 對交點孔進行精加工

加工掛點支臂襯套孔的初孔為φ14，加工到φ15.8H8，偏心量最大為1mm。在四個孔同時插入φ12--φ13.8的銷子（見圖3，五組銷子選配，每組4個銷子）來保證精加工偏心量小于1mm，然后用大功率風鉆連接鉸刀逐個鉸孔孔進行精加工，每加工完一個孔后都用φ16H8銷子（見圖3）固定。精加工鉸刀采用雙向引導形式（見圖3）。

2.3.2 鉆模特點及刀具設計

鉆模整體沿理論位置向前后、上下各有5mm微調行程，這樣可以補償油箱圓筒與方箱兩部件對合帶來的裝配誤差。 按設計對外掛裝置的校靶要求對鉆模整體有俯仰，航向及傾斜度的要求。對應精加工鉆模，我們申請了三把擴孔鉆和四把鉸刀，分七刀對掛點的交點孔進行精加工。由于交點孔襯套為高強度鋼，硬度及強度都很大，故刀片材質選用了Y330硬質合金。刀具配合鉆模帶有前后導部分。

最初的襯套材料為1Cr17Ni2，此材料易粘刀，在風鉆加工的條件下由于轉速低、抖動大，實際鉸孔后發現表面粗糙度約為Ra3.2，達不到設計要求的Ra1.6。經與設計溝通，將襯套材料改為1Cr15Ni4Mo3N。雖然材料的屈服強度由930Mpa增加到1500Mpa，切削力有所增大，但是經過實際加工驗證，更改后的材料鉸孔后表面非常光滑，完全可以達到設計要求。

3 協調方案實施效果及結論

經過實際裝配驗證，我們所制定的工藝方法合理可行，精加工鉸孔后孔壁表面質量好，經多架份實物掛裝驗證，掛點完全可以滿足某投放裝置的掛裝。

本文探索了機加件掛點支臂如何與曲面鈑金零件鉚接裝配并減小鉚接變形、如何使工藝性不佳的結構進行協調裝配以及精加工裝置的合理設計、以及整體油箱密封形式的合理改進方法，滿足了設計所對飛機性能改進所需的裝配工藝水平的提升。

參考文獻：

[1] 程寶蕖.飛機制造協調準確度與容差分配 [M].北京：航空工業出版社，1987.

[2] 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.