◎朱碩迪

傳統(tǒng)飛機(jī)的壁板連接多采熔焊、點(diǎn)焊的焊接或者鉚接的連接方式，這些常規(guī)方式有著諸多缺陷。熔焊和點(diǎn)焊焊接會影響鋁合金壁板的連接效果，而且施工效率不高，零件容易發(fā)生變形；鉚接連接會加重飛機(jī)的整體重量，不利于飛機(jī)減重設(shè)計發(fā)展。為了優(yōu)化這些飛機(jī)零件裝配中存在的問題，逐漸研發(fā)了攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備技術(shù)，大幅度提高了飛機(jī)制造水平，因此這一工藝裝備技術(shù)的研制已經(jīng)成為技術(shù)人員的重要研究課題。

一、研究目的

為了使目前的飛機(jī)零件裝配技術(shù)得到明顯提升，解決在飛機(jī)鋁合金材料連接時產(chǎn)生的質(zhì)量問題和技術(shù)問題，研究一種將攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)和工藝裝備相結(jié)合的工裝結(jié)構(gòu)。這樣可以實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備的自動化運(yùn)行，提高工裝質(zhì)量和效率，同時也提高了飛機(jī)零件在裝配時的可靠性和整體結(jié)構(gòu)使用壽命。實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)減重，有助于飛機(jī)速度提升以及航程延伸等領(lǐng)域的研究。這種新型工藝裝備可以在目前多數(shù)攪拌摩擦點(diǎn)焊裝備上運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對鋁合金壁板等零件材料的高質(zhì)量研究。

二、攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析

1.關(guān)鍵技術(shù)分析。

采用了真空定位吸附模塊、氣動快速裝夾與壓緊系統(tǒng)、光電控制系統(tǒng)。真空定位吸附模塊解決了薄壁型腹板和T型櫞條在焊接連接時受力不均勻發(fā)生位移變形的問題，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格、不同形狀的工件的快速定位夾緊。氣動快速裝夾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡捷，安裝維護(hù)簡單可靠性高。用來輔助壓緊零件，自動壓緊和開合的設(shè)計適用于各種壁板長桁的焊接，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接過程自動化。光電控制系統(tǒng)由光電開關(guān)和電路控制組成，光電控制系統(tǒng)使氣動裝置具備自動躲避攪拌摩擦點(diǎn)焊攪拌頭。

2.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析。

在攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備中，可以不再使用鉚接連接技術(shù)，以及熔焊等焊接技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了對壁板損傷將至最低、減少了零件材料出現(xiàn)變性的可能性、降低零件連接后的整體重量等方面的技術(shù)目標(biāo)。采取一體化自動控制系統(tǒng)，不僅降低了工作人員的工作量，解放了勞動力，展現(xiàn)了較為突出的經(jīng)濟(jì)性價值，同時也減少了人為因素引起的故障問題，做到了飛機(jī)零件和整體結(jié)構(gòu)的機(jī)械化流水線制造。而且對于裝配區(qū)域周圍環(huán)境帶來的負(fù)面影響比較小，例如振動、焊接空氣污染等方面的影響較低，有助于實(shí)現(xiàn)飛機(jī)零件裝配的可持續(xù)發(fā)展。

三、工藝裝備材料與整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝的研制過程中，首先需要解決的是材料的選擇以及工裝結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，材料及結(jié)構(gòu)能否沿用傳統(tǒng)真空吸附類夾具都是在摸索著進(jìn)行。

工裝結(jié)構(gòu)的合理性和正確性是確定攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備是否安全使用的重要元素之一，工裝結(jié)構(gòu)的選擇與試制都是根據(jù)待焊接材料的外形尺寸和結(jié)構(gòu)來決定的，除此之外還應(yīng)考慮與攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備的安裝連接，以及后期維護(hù)和調(diào)校等。依據(jù)提供的產(chǎn)品零件技術(shù)狀態(tài)為薄壁型腹板和T型櫞條的搭接狀態(tài)，為了在對零件進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊時腹板和T形櫞條有足夠的定位支撐，保證兩者之間不發(fā)生相對位移和形變，在工裝設(shè)計中首先采用了真空吸附定位的方案。由于在之前多項型號的工裝設(shè)計中有過相關(guān)專用真空吸附夾具的設(shè)計經(jīng)驗，其中各相關(guān)技術(shù)也已成熟。

四、氣動工藝裝備夾裝系統(tǒng)的研制

在一套完整的攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝里，除了包含有真空吸附模塊、支座框架主體、連接板和一些標(biāo)準(zhǔn)件之外，由夾持元件和壓緊元件構(gòu)成的快速裝夾系統(tǒng)是保證產(chǎn)品能夠順利進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊的重要組成部分。為了提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品的攪拌摩擦點(diǎn)焊周期，要求除了工裝本身有較高的適用性和通用性之外，同時工裝的裝夾系統(tǒng)還應(yīng)具有快速響應(yīng)和穩(wěn)定性，才能滿足多批量多規(guī)格零組件的攪拌摩擦點(diǎn)焊需求。

氣動壓緊裝置是一種以壓縮空氣為動力源的裝置，通過氣缸壓縮空氣轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，完成工裝所需的壓緊和夾持等多種動作。攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝上采用氣動壓緊裝置有如下優(yōu)點(diǎn)：操作簡單方便，極大減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率；氣動反映速度快，在整個攪拌摩擦點(diǎn)焊過程中有效縮短輔助壓緊時間，生產(chǎn)效率提高；氣動壓緊裝置不像液壓壓緊裝置復(fù)雜難以維護(hù)，允許有少量泄露，因而對氣動元件的精度要求不太高，便于制造和后期保養(yǎng)；采用氣動壓緊裝置可以做到一人多機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動化控制。

五、工藝裝備的光電系統(tǒng)研制

光電控制系統(tǒng)是集測控對象、光電傳感檢測、數(shù)字控制器、通信系統(tǒng)和控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)于一體的綜合測控系統(tǒng)。具有響應(yīng)速度快、無接觸、低耗能、體積小、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)。光電控制裝置在工業(yè)領(lǐng)域里屬于較成熟的產(chǎn)品，因此根據(jù)需要選擇購買相應(yīng)的光電控制裝置即可。攪拌摩擦點(diǎn)焊工裝真空吸附臺面上一共布置了20個氣動壓緊裝置，每邊分布10個，在每兩個氣動壓緊裝置中間選擇計算合理位置布置一個光電控制裝置，當(dāng)攪拌頭到達(dá)數(shù)字量點(diǎn)焊位置時，距離第一個氣動壓緊裝置小于100mm時，光電控制裝置接受感應(yīng)，此時第一個氣動壓緊裝置接受指令自動打開，攪拌摩擦點(diǎn)焊攪拌頭隨即代替該位置氣動壓緊裝置進(jìn)行點(diǎn)焊；點(diǎn)焊完成后設(shè)備主軸頭繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)點(diǎn)焊位置遠(yuǎn)離第一個氣動壓緊裝置超過100mm時，光電控制系統(tǒng)感應(yīng)，第一個氣動壓緊裝置自動重新壓緊零件；當(dāng)點(diǎn)焊主軸頭距離氣動壓緊系統(tǒng)的第二個氣動壓緊裝置小于100mm時，光電控制系統(tǒng)感應(yīng)，第二個氣動壓緊裝置自動打開，點(diǎn)焊主軸頭代替該位置氣動壓緊裝置進(jìn)行點(diǎn)焊，以此類推開始下一個循環(huán)過程直至整個點(diǎn)焊過程全部完成。

結(jié)語：攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝裝備是一種新型飛機(jī)零件連接技術(shù)，在現(xiàn)階段的飛機(jī)零件裝配中具有比較高的應(yīng)用價值。相關(guān)部門和人員應(yīng)當(dāng)對這項技術(shù)有深入的研究和認(rèn)識，這樣才能掌握這項技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用策略。廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在目前攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)飛機(jī)材料的特征以及飛機(jī)零件和整體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對這項技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與創(chuàng)新，從而使這一技術(shù)可以在飛機(jī)零件裝備中得到廣泛運(yùn)用，推動航空工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。