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大直径高锁螺栓孔的钻制技术研究与应用
大直径高锁螺栓孔的钻制技术研究与应用
核心提示:本文主要对大型客机B747-400 改装成货机的装配生产中, 直径为1/2″和9/16″的高锁螺栓孔的钻制方法进行研究,从成本、效率、劳动强度等方面进行综合比较,选定新工具并进行应用、验证。
1、前言
波音公司的B747 系列产品, 因其庞大的载客量和载货量而闻名于世界,其机身结构也因此比其他机型复杂的多。本文研究的B747-400 客机改货机型的口框的所有骨架结构都是采用拼接形式,装配完成后重量达1800Kg,而和它外形尺寸、构造相近的B767-200 型改装口框,只有1000Kg。B747 口框所采用的紧固件数量和直径都远远大于其他飞机结构,特别是口框与机身对接的上下部主梁加强条带上,使用的是1/2″、9/16″直径的高锁螺栓。
2、现状
目前,该口框的装配过程中,对于上下部主梁的加强条带上的大号高锁螺栓孔一直采用手工钻制。大号高锁螺栓孔要通过多层零件,总夹层厚度为48~61mm。操作者使用风钻钻制该孔需要以下步骤:1) 按照明胶版进行排孔。2)钻Φ1/8″的孔。3)钻Φ1/4″和Φ3/8″的过渡孔。4)钻终孔。5)铰孔。在扩孔和钻制终孔的过程中,频繁出现卡钻的现象,操作者不得不进行多次退刀和进刀, 导致孔径接近孔的上限值,个别孔甚至超差0.01mm~0.03mm。
3、新工具的研究
为提高高锁螺栓孔的钻制质量、同时降低劳动强度,该孔的钻制准备采用新工具来完成。相关人员对当前航空产品的装配工具进行调查、研究,提出3 种可选方案。
方案1:采用自动进给钻。优点:钻孔精度高、操作者劳动强度低。缺点:工具购买成本高,同时需要制作专用的钻模板以保证孔位准确度和精度,成本较大。
方案2:采用吸盘和风钻组合。优点:可以保证孔的垂直度,同时解放操作者使用垂直钻孔器的一只手,双手钻孔。缺点:吸盘价格较贵。经调查:其他飞机装配公司试用几次,但因价格而未完成*终采购、劳动强度未降低、孔径尺寸得不到保证。
方案3:采用磁力座钻。优点:可以保证孔径精度和垂直度、劳动强度低、成本低。缺点:需要制作简易工装,消除飞机蒙皮为铝结构不能吸附的因素、钻床笨重,操作不方便,需要手工对刀。针对以上三种改进方案和目前采用的钻制方法在成本、效率、孔质量、劳动强度和整个改进过程的可操作性进行比较,对其优缺点进行量化分析,见图1。
结合以上的分析,*终决定采用方案3:选用磁力座钻。该方案即可提高孔质量、降低操作者劳动强度、提高效率,成本可接受,也方便操作。
4、新工具的应用
4.1 选购
磁力座钻磁座钻(magnetic drill)又称为磁力钻等, 属于手动电钻的一种,跟普通手动电钻相比磁座钻具有,精度高,垂直度好,**性高,没有反作用力的优点。主要用于钢铁金属结构件钻孔,如不锈钢,钢板,H 型钢,角钢等型材上钻孔。适合于大型结构件,需要钻大孔的工件,是造船业、桥梁工程、采油平台、电厂维修、电力公司施工、铁路建筑等领域必不可少的专用设备。目前,航空企业中的工装制造、维修厂已普遍采用磁座钻。磁座钻应用在飞机结构上钻孔的局限性: 动力为电动,给装配工作带来**隐患。飞机结构为铝合金为主,需增加辅助装备才能达到吸附的目的,因此磁力座钻在飞机装配中并未得到广泛应用。为加强磁座钻的可操作性,简化对孔过程,选购一种通电后仍可对磁座钻进行微小调整的型号。选定德国锐科(RUKO)的RS30e。该磁座钻的技术参数如下:磁性夹持力:20800N、功率:1840W、转速:60-470r/m(可任意调节)、重量:21.5kg、钻孔能力(普通麻花钻):Φ16mm、通电后微调范围:旋转±20°,前后±7.5mm。
4.2 钻孔试验
为保证孔质量和确定钻孔次数, 使用两层总厚度为52mm的铝板进行钻孔试验。钻孔过程分两种:a:手工钻制Φ3.2 的导孔直接扩孔至终孔尺寸后铰孔;b: 手工钻制Φ3.2 的导孔-扩孔至Φ6.4 的中间孔-扩至终孔-铰孔。检验员目视检查孔壁质量,无法区别是哪种方式钻制的终孔,其孔壁质量都可达到图纸和规范要求。测量两组的孔径也没有明显区别,其孔径大都分布在孔径公差带的中间位置。根据此次试验的数据, 使用磁座钻来钻制Φ9/16"和Φ1/2"的高锁螺栓孔,完全可以满足工程图纸要求。
5、效果验证
在飞机口框上钻制前5 个高锁螺栓孔的过程中,检验员对孔壁质量和孔径进行逐一检查和测量,其结果完全符合规范要求。所有孔完成后,检验员使用通-止规对170 个孔的直径和垂直度进行检查以及目视检查孔壁质量,所有孔径和孔壁质量均满足要求。由上两表可以看出,钻孔时间并没有明显降低,但使用磁座钻以后,工人的劳动强度得到大大降低,因此也避免了因过度劳累导致的孔径超差现象。同时,孔径范围和孔壁质量得到很好的控制。
6、结语
通过本文的研究和应用分析发现,在其他行业已普遍采用的磁力座钻, 使用合适的辅助和支撑设备解决磁力和重量的局限性,就可应用到飞机装配过程中,发挥其稳定、功率大等优点。
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