航空壁板自動化旋鉚工藝的應(yīng)用研究

1、 航空壁板自動化旋鉚工藝的應(yīng)用研究 旋鉚指的是以鉚釘?shù)木植课恢脼橹行模柚T桿對其進行加壓纏繞從而產(chǎn)生的鉚接形式。旋鉚又被稱之為旋壓鉚接，在實際應(yīng)用的過程中，會應(yīng)用擺桿的擺動操作且形成旋轉(zhuǎn)軌跡，這與原有的壓鉚技術(shù)相比存在較大的施工差異。具體進行鉚接操作時，材料中的變形量會與擺桿形成一定的接觸，之后呈旋形的狀態(tài)最初成型。也是由于這種施工變量的存在，使旋鉚的變形量得到有效控制。此時的鉚釘與鉚桿之間的沖擊力也會得到一定控制，進而降低生產(chǎn)噪音。一、壁板旋鉚加工的技術(shù)內(nèi)容航空生產(chǎn)的過程中，進行壁板安裝時所采用的結(jié)構(gòu)形式為上下結(jié)構(gòu)，連接上下壁板時需要采用鉚接技術(shù)使其形成較為牢固的結(jié)構(gòu)整體（具體壁板結(jié)構(gòu)如圖

2、1）。借助數(shù)控機械對其進行鉚接操作，但受到選用的鉚釘直徑影響，會在制作時產(chǎn)生膨脹的問題，對壁板連接的整體質(zhì)量造成影響?？紤]到上述問題，可以優(yōu)先選用旋鉚工藝進行壁板安裝。在具體施工時，可以采取鉆-擴-鉸的作業(yè)流程，經(jīng)過一系列的加工之后，使其形成結(jié)構(gòu)性能較好的鉚接結(jié)構(gòu)。在對鐓頭進行處理時，也可以旋鉚工藝為基準(zhǔn)，將其形成不易變形且連接質(zhì)量較好的連接元件。按照安裝需求，對鉚釘進行交叉放置，并且利用銑釘槍將其暴漏在壁板表面的鐓頭進行清除。旋鉚的成形操作僅能實現(xiàn)對與旋鉚機鉚桿接觸部分的塑性操作，對于一些鉚桿無法接觸的部分難以完成塑形造成，這也要求進行具體鉚接操作時，要對壁板的結(jié)構(gòu)形式以及鉚接元件分布狀況進

3、行綜合分析，對于無法適用旋鉚成形技術(shù)的鉚接工程盡量選取適配的銷釘。旋鉚法與壓鉚法的鉚釘成形過程不同。采用旋鉚法，鉚釘在塑性成形過程的同時工件也會發(fā)生明顯的塑性變形，產(chǎn)生位移與應(yīng)變的幾何非線性關(guān)系，在材料的本構(gòu)關(guān)系中產(chǎn)生材料（即物理）非線性關(guān)系。有限元法是進行非線性分析的有效工具，也是進行金屬塑性成形過程模擬最常用的方法之一。在此分析模擬基礎(chǔ)上運用旋鉚法，可以有效降低成本、提高質(zhì)量、縮短試驗周期。點軌跡追蹤法是指在加工變形前，在鉚釘上選取某些特定點，通過追蹤其加工變形過程中的等效應(yīng)力值等參數(shù)的變化情況，實現(xiàn)對變形過程的深入認(rèn)識。由于旋鉚變形過程較為復(fù)雜，僅僅依靠試驗手段難以獲得較為詳盡的數(shù)據(jù)，也

4、不能更為深刻地了解旋鉚過程材料的變形規(guī)律，為此，擬借助有限元數(shù)值模擬分析法分析旋鉚成形過程中金屬變形規(guī)律，然后借助分析結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)實際，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。本文基于Simufact.Forming軟件提供了點軌跡追蹤法功能，獲取旋鉚中指定點的等效應(yīng)力等數(shù)據(jù)與云圖，并將大量的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel格式，借助Excel的數(shù)據(jù)處理功能進一步分析數(shù)據(jù)，全面認(rèn)識旋鉚成形機理。二、壁板旋鉚設(shè)備的自動化應(yīng)用在以往進行壁板施工時，所采用的鉚接方式為借助人工與旋鉚機配合施工的形式，實際安裝的過程中，需要施工人員操作固定壁板，之后將還為成形的鉚釘與旋鉚頭對應(yīng)，形成之后再將旋鉚機移動至下個安裝區(qū)域。在此過程中

5、需要采取鉚釘正反交替的作業(yè)方法，而正反交替的操作均需借助人工操作完成。在壁板上的鉚釘全部成形之后便可利用銑釘槍清除多余材料。在實際加工的過程中可以發(fā)現(xiàn)，以往的壁板加工作業(yè)，用時較長，且自身質(zhì)量很難得到控制。這種加工方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段的制作需求，為此需要利用自動化旋鉚設(shè)備代替加工生產(chǎn)。自動化旋鉚設(shè)備結(jié)構(gòu)由X軸、Y軸、壁板固定架等組成，壁板借助于安裝夾具固定在壁板固定架上。Y軸組件上安裝有旋鉚頭、頂鐵、動力銑頭等，實現(xiàn)了模塊化集成，各部件的運動由加工程序控制。旋鉚頭Z向的運動規(guī)律參考了數(shù)值模擬仿真時得出的數(shù)據(jù)及規(guī)律，并將規(guī)律編入Y軸的運動控制器中，可顯著提升壁板鉚接時的鉚釘成形質(zhì)量。動力銑頭的

6、作用一方面是完成壁板上鉚釘孔的制孔，另一方面是在鉚釘旋鉚成形后將高出壁板表面的鉚釘墩頭部分銑平。模塊化的旋鉚頭、頂鐵、動力銑頭均由Y軸根據(jù)預(yù)先編制的程序進行運動及更換。自動旋鉚設(shè)備采用數(shù)控機床的成熟技術(shù)，各運動軸的控制由數(shù)控伺服系統(tǒng)來完成，旋鉚頭、頂鐵、動力銑頭的更換參照數(shù)控機床的換刀流程實現(xiàn)。自動旋鉚設(shè)備的數(shù)控化可實現(xiàn)壁板裝配切削加工工藝中各工步的連續(xù)操作。使壁板鉚接加工的人工作業(yè)內(nèi)容僅為壁板的上架和鉚釘?shù)慕惶娣胖?，其余工作均由設(shè)備自動完成。人工將壁板裝夾在固定架上并安裝到設(shè)備上；由設(shè)備Y軸上的動力銑頭完成壁板上鉚釘孔的制孔；由操作工一次完成在壁板正反兩面所有鉚釘?shù)姆胖?；設(shè)備Y軸更換動力銑頭

7、，一端安裝旋鉚頭，另一端安裝頂鐵；Y軸和X軸按照預(yù)先編制的程序運動，自動將旋鉚頭和頂鐵移動到壁板上待成形鉚釘處；啟動設(shè)備進行旋鉚加工，待一側(cè)壁板的旋鉚加工完成后將旋鉚頭和頂鐵位置互換；完成另一側(cè)壁板的旋鉚加工；將Y軸上的旋鉚頭和頂鐵更換為動力銑頭，將凸出壁板表面的鉚釘多余部分銑去；人工將壁板下架將成品從設(shè)備上取下。結(jié)語：通過采用點軌跡追蹤法對變形區(qū)指定點變形過程中的應(yīng)力變化等進行分析，探討了鉚釘旋鉚變形機理。通過分析發(fā)現(xiàn)，影響旋鉚變形的影響因素較為復(fù)雜，除鉚釘自身材料特性及旋鉚壓力值大小，旋鉚變形還受到諸如擺桿的旋轉(zhuǎn)速度、擺桿擺角等參數(shù)的影響。因此借助有限元仿真分析，可更好地揭示變形規(guī)律，結(jié)合設(shè)備自身硬件設(shè)定最優(yōu)的運動參數(shù)，大大降低設(shè)備開工前所做的實物驗證和驗證時間，更快捷