[转]衬套安装新工艺/夹具在飞机重大结构改装中的应用

kmks · 发表于 2007-5-22 12:58:31

◎倪泽军/国航成都维修基地
　　针对波音737NG飞机在使用过程中水平安定面中段后梁下接耳中的衬套发生位移的情况，波音公司于2002年8月发布了SB737-55-1074要求改装平尾接头衬套，该改装使用了新的衬套安装工艺和大量的组合夹具。
　　衬套安装新工艺及其设计思想
　　　　过盈配合衬套的安装有三种方法即即压入法（PRESS FIT）、冷装法（SHRINK FIT）、冷拔法（EXPANDED FIT）。压入法指用外力直接将被包容件压入包容件中，常用于小直径小过盈量配合的情况，以保证衬套安装时不损伤配合表面；冷装法指将被包容件用冷却剂冷却使之缩小，再把被包容件装入到配合位置，是最常用的衬套安装方法，其过盈量介于压入法和冷拔法之间，对零件的疲劳强度无明显影响。冷却剂根据过盈量选择，小直径小过盈量选用干冰（可冷至-78℃），大直径大过盈量选用液氮（可冷至-195°C）。冷拔法指衬套在安装前和包容件孔保持间隙配合，将衬套放入包容件中后，用高干涉配合芯棒将衬套扩大至安装位置，同时得到所需的过盈量，是一种用于高干涉配合的衬套安装新工艺，其原理和孔的冷作硬化工艺相同，在安装过程中衬套对包容件孔壁产生较大的压应力而起到冷作硬化效果，可以提高包容件孔壁的疲劳强度，因此，选用冷拔法安装衬套的接耳，在衬套安装前不用对接耳孔壁作喷丸强化处理。
　　　　冷拔法使用的工具/设备包括气压动力组件、冷拔器、冷拔芯棒、衬套固定拉拔器、衬套固定芯棒和固定盘，工具的设计原理和使用方法和FTI公司的孔冷作硬化工具类似，工艺流程包括：将包容件铰孔到所需尺寸→将衬套装入冷拔芯棒 →将冷拔芯棒安装到冷拔器中→将芯棒/衬套组件放到安装位置→启动冷拔器，将芯棒从衬套中拔出，使衬套膨胀到安装位置→用衬套固定拉拔器对衬套定位固定，使衬套法兰边与接耳紧密接触→检验衬套法兰边与接头之间的间隙→将衬套内径铰孔到所需尺寸。对于没有用密封胶安装的衬套，用千分垫测量间隙，应不超过0.0025in；对于用密封胶安装的衬套，用深度千分尺测量，接耳表面到衬套法兰边外表面的距离必须不超过（理论）最小衬套法兰边厚度加上0.008in，或不超过实测法兰边厚度加上0.005in。如果新衬套安装完成后不能满足上述间隙检验标准，但衬套法兰边和接耳之间的间隙小于0.05in，可以用衬套固定芯棒和固定盘进行二次固定；如果间隙大于0.05in且接耳孔径满足安装要求，应更换相关衬套；如果接耳孔径不能满足安装要求，应重新铰孔并安装加大级的衬套。
　　　　冷拔法可以用于通用的三种衬套组合形式即对接式双衬套，套装式双衬套和单衬套。对接式双衬套共需两个冷拔安装和两个定位固定工序；套装式双衬套共需一个冷拔安装和两个定位固定工序；单衬套需一个冷拔安装和一个定位固定工序。当冷拔芯棒完全缩进冷拔器中表示冷拔过程结束。在定位固定衬套过程中，会产生由轻到响的"啪啪"声，当听到"啪啪"响声时不要立即结束衬套固定过程，应保持固定过程2秒钟。
　　铰孔夹具及其设计思想
　　　　贯穿本次改装全过程的一个中心目标就是始终保持接耳孔的中心轴不变。为了达到这一目的，波音公司利用六点定位的夹具设计原理，根据飞机上接耳的不同结构，设计了三种形式的夹具，利用夹具找出接耳孔的中心轴并让铰刀和接耳孔的中心轴重合，通过限制铰刀运动的四个自由度，保证了铰孔前后接耳孔中心轴位置不发生变化。这种夹具设计思想广泛用于平尾、吊架和龙骨梁等飞机重大结构的修理和改装中。
　　　　夹具1：如图1（a）和图1（b）所示，由销子、钻组件、夹板组成，其中钻组件上的标装板位置可以调节。在图1（a）中，用两个销子将钻组件、接耳、夹板固定好，销子和接耳的中心轴重合，调节标装板，让标装板紧密地贴合于接耳表面，拧紧标装板螺栓固定标装板，从而确定了标装板和接耳中心轴的相对位置。在图1（b）中，用图1（a）组装好的钻组件标装板紧密贴合于接耳端面，安装固定上部销子，则钻组件下部销子孔中心线的位置就是下接耳中心轴的位置。铰刀穿进夹具组件后，只能沿接耳中心轴作进给运动和饶接耳中心轴作旋转运动。
　　　　夹具2：如图2（a）和图2（b）所示,由销子、固定板、夹子组件和钻组件组成，该套夹具用于水平安定面中段前梁。由于水平安定面中段前梁结构没有可以用于固定夹具的基准结构面，设计者利用夹子组件和硬胶泥（石膏）从飞机结构上建立一个相对基准面，通过该相对基准面、上下销子和钻组件，可以模拟出改装以前水平安定面接耳孔中心线的位置。如图2（a）所示，利用夹子组件内板上的两个螺栓，将夹子组件内板夹紧在飞机结构上，用一个螺栓将钻组件和夹子组件外板连接在一起后，用销子将夹子组件外板和钻组件的组合体安装在飞机结构上，上下销子中心线的位置，就是接耳孔中心线的位置，它们和夹子组件外板外表面形成一个相对的位置关系，当其中一个销子的位置和夹子组件外板的位置固定时，则另一个销子的中心也保持不变。夹具组装完成后，在夹子组件内/外板之间浇注石膏，石膏固化后将内外板胶结成一个不可分割的整体，从而固定了外板的位置。如图2（b）所示，由固定的外板平面、下销子和钻组件组成的夹具组件，限制绞刀只能沿上销子中心线的位置进行进给运动，从而保证铰孔时接耳中心不变。
　　　　夹具3：如图3所示，由销子和钻组件构成，该夹具用于水平安定面中段后梁。由于飞机结构由三套位置固定的接耳组成，结构本身具有相互定位的关系，因此，该位置夹具的设计非常简单，两个销子将钻组件固定在飞机结构中后，则通过钻组件另一个孔的绞刀被限制在规定位置运动，从而保证铰孔过程中接耳中心线不变。
　　施工过程中产生的问题及原因分析
　　　　（1）冷拔过程中衬套出现裂纹。这种情况在世界各地的改装过程中都曾出现。产生这种情况的最可能的原因在于对冷拔衬套的安装原理、安装工艺理解不透彻，对冷拔工具操作不熟练和不当。冷拔衬套必须在规定的时间内均匀塑性膨胀至规定的配合尺寸，一旦操作时间掌握不当导致二次成型或操作不当导致金属变形受阻，由于金属的冷作硬化效应，很容易引起裂纹的产生。另外，铰孔光洁度不足或孔径超过规定尺寸公差范围，也可能引起裂纹的形成。
　　　　（2）水平安定面中段后梁接耳孔中心位置发生变化。产生这种情况的原因在于没有严格按照接耳改装顺序进行，在改装过程中误差累计最终导致相对位置发生变化。为了避免这种情况，改装时一定严格遵照改装通告的要求，从中部接耳开始施工。另一个可能原因是没有充分理解改装通告和夹具的使用原理，在组装夹具时盲目拆下了飞机结构中衬套，导致初始位置变化。
　　　　（3）水平安定面中段前梁夹具使用困难。如上所述，夹具2通过夹子组件建立相对基准面定位，在改装过程中保证夹子组件位置不变尤其重要。固定夹子组件内板的两颗螺栓必须正确地安装，一旦夹紧程度不够，由于重力的作用，钻组件和夹子组件容易发生轻微位移，从而导致定位不准或销子无法安装。

daewoo · 发表于 2007-5-22 12:59:13

james_g · 发表于 2009-8-6 10:45:05

恩，不错

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