于 淵，臧建新，朱振江，王 巖，韓 劍，王 聰

(首都航天機械有限公司，北京 100076)

0 引言

自動鉆鉚技術是當今機械連接的先進技術之一，具有鉆孔、鉚接質量好，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，操作者易掌握等特點[1]。近年來，隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，對鉚接性能的要求不斷提高，對鉚接質量也越來越重視，自動鉆鉚成為了鉚接技術研究的核心[2]。梁瑩等[3]通過對影響制孔毛刺高度的工藝參數(shù)進行正交試驗分析，得到設備最優(yōu)工藝參數(shù)，實現(xiàn)了制孔毛刺高度最小。葉順堅等[4]根據(jù)自動鉆鉚設備的具體技術參數(shù)，對鉆軸轉速、轉軸進給量、夾緊力、壓鉚力等工藝參數(shù)進行優(yōu)化，為自動鉆孔、送釘、鉚接提供保障。曲巍崴等[5]對錘鉚過程進行了有限元分析，以獲得規(guī)定的鐓頭尺寸為目標，得到不同輸入氣壓下需要的鉚接時間，結果表明，鉚槍的輸入氣壓和鉚接時間是影響錘鉚工藝的關鍵因素。

本文對鋁合金夾層結構自動鉆鉚工藝參數(shù)進行了詳細的試驗研究，主要包括兩方面的研究內容：制孔工藝參數(shù)研究和自動鉚接工藝參數(shù)研究。

1 制孔工藝參數(shù)研究

根據(jù)數(shù)控加工的一般工藝理論及實際工程經(jīng)驗，對制孔毛刺影響較大的參數(shù)主要包括鉆頭鉆尖頂角、主軸轉速、進給量。

1.1 工藝試驗參數(shù)分析

初步確定的鉆孔試驗工藝參數(shù)范圍如表1所示。

表1 初選制孔試驗參數(shù)范圍

1.2 工藝試驗參數(shù)選取

針對表1所列工藝參數(shù)范圍，按照3個參數(shù)水平進行細化，3個參數(shù)運用L9(33)正交表設計試驗，如表2所示。

表2 制孔工藝參數(shù)研究用因素—水平表

表3 初選試驗結果及分析

綜上，對初選試驗參數(shù)進行優(yōu)選，參數(shù)范圍界定為(A2～A3)、(B2～B3)、(C1～C2)。根據(jù)初選試驗結果再次細化參數(shù)水平進行優(yōu)選試驗，得出最優(yōu)制孔參數(shù)為鉆尖頂角120°、主軸轉速16 000 r/min、進給量0.10 mm/r。

1.3 制孔工藝參數(shù)驗證

對試驗得出的最佳制孔參數(shù)進行驗證試驗，在鋁合金夾層結構中鉆制Φ4.1 mm孔，共鉆制10個孔，測量鉆孔出口毛刺高度，取平均值，重復10組。毛刺高度數(shù)值見表4，均符合要求(航空鉚接技術條件中要求底孔毛刺高度<0.15 mm)，無需單獨的毛刺清理工序。

2 自動鉚接工藝參數(shù)研究

根據(jù)錘擊鉚接加工的實際工程經(jīng)驗，對鉚釘鐓頭成型影響較大的參數(shù)主要包括鉚槍輸入氣壓、沖錘錘擊時間、鉚釘長度。

2.1 工藝試驗參數(shù)分析

試驗以鉚接Φ4 mm鉚釘為例，結合生產(chǎn)經(jīng)驗，初步確定的鉚接試驗工藝參數(shù)范圍如表5所示。

表4 鉆孔毛刺高度 mm

表5 初選鉚接試驗參數(shù)范圍

2.2 工藝試驗參數(shù)選取

針對表5所列工藝參數(shù)范圍按照3個參數(shù)水平進行細化，運用L9(33)正交表設計試驗方法對3個參數(shù)進行優(yōu)選，因素—水平表如表6所示。

表6 用于鉚接工藝參數(shù)研究的因素—水平表

綜上，對初選試驗參數(shù)進行優(yōu)選，參數(shù)范圍界定為

(B1～B2)、(C1～C2)。根據(jù)初選試驗結果再次細化參數(shù)水平進行優(yōu)選試驗，得出最優(yōu)鉚接工藝參數(shù)為鉚釘長度9 mm、輸入氣壓0.5 MPa、鉚接時間2 s。

2.3 鉚接工藝參數(shù)驗證

對試驗得出的鉚接工藝參數(shù)進行驗證試驗，取鉚釘直徑Φ4 mm、長度9 mm，鉚接夾層厚度4 mm。鉚接后鉚釘鐓頭高度尺寸如表8所示，均符合QJ 782A《鉚接通用技術要求》規(guī)定的Φ4 mm鉚釘鐓頭成型高度要求(2.0±0.4) mm。

3 結論

本文通過對鋁合金夾層結構進行自動鉆鉚工藝參數(shù)研究，得到了適用于鋁合金夾層結構自動鉆鉚的制孔工藝參數(shù)和鉚接工藝參數(shù)。

表7 鉚接初選試驗結果及分析

表8 鉚釘鐓頭高度 mm

(1) 在鋁合金夾層結構中鉆制Φ4.1 mm的孔時，優(yōu)先選擇制孔參數(shù)為鉆尖頂角120°、主軸轉速16 000 r/min、進給量0.10 mm/r進行鉆制，制孔毛刺高度符合使用要求。

(2) 對鉚釘直徑Φ4 mm、鉚接夾層厚度4 mm進行自動鉆鉚時，優(yōu)先選擇鉚釘長度9 mm、設備輸入氣壓0.5 MPa、鉚接時間2 s進行鉚接，鉚釘鐓頭成型高度符合使用要求。