穆建森，司文奎

(陜西省機(jī)械研究院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

0 引 言

隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)鋁鉚釘?shù)你T接工藝提出了更高的要求：一是鉚接的效率問(wèn)題，二是鉚接力的控制問(wèn)題。我國(guó)傳統(tǒng)的鉚接工藝是兩個(gè)人組合，人工操作氣動(dòng)工具進(jìn)行鉚接，鉚接工藝落后，效率低下，噪音特別大。由于鉚接力不一致造成墩頭不一致。直接影響了我國(guó)飛機(jī)制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)周期。陜西省機(jī)械研究院借鑒KπA-503M壓鉚機(jī)[1]研發(fā)的大喉深、大噸位的YC15-25/375-600/1300自動(dòng)成組壓鉚機(jī)，解決了機(jī)械式鉚接、人工鉚接的缺點(diǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)成組壓鉚技術(shù)設(shè)備的空白，告別了我國(guó)成組壓鉚機(jī)依賴進(jìn)口的局面。

成組鉚接技術(shù)雖不是個(gè)新型課題，早在20世紀(jì)五、六十年代已經(jīng)提出來(lái)，但成組鉚接技術(shù)在我國(guó)主要是受到設(shè)備的限制而很難利用發(fā)展起來(lái)，其次是飛機(jī)制造業(yè)產(chǎn)能低得不到重視無(wú)法推廣而受到制約。氣液增力型大型壓鉚機(jī)就是對(duì)成組鉚接技術(shù)這一工藝應(yīng)用的新型設(shè)備。

陜西省機(jī)械研究院研發(fā)的成組壓鉚機(jī)，采用了當(dāng)前最為先進(jìn)的氣液增力技術(shù)[2]。在研發(fā)的過(guò)程中遇到了三個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：一是壓鉚機(jī)墩頭及可動(dòng)砧子兩者任意位置如何可停；二是壓縮空氣推動(dòng)粘度系數(shù)較大的液壓油使壓鉚機(jī)墩頭及可動(dòng)砧子兩者如何快速移動(dòng)；三是無(wú)法觀察的下模具停止位置控制時(shí)機(jī)，即如何控制壓鉚機(jī)墩頭頂緊過(guò)程中而不會(huì)形成一次鉚接。

1 氣液增壓技術(shù)

氣液增壓鉚接技術(shù)是近年來(lái)在沖壓、鉚接生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的工藝；是利用潔凈的壓縮空氣，推動(dòng)特殊設(shè)計(jì)的液壓油缸，產(chǎn)生幾倍甚至上百倍推力的技術(shù)。由筆者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的15 t以上的壓鉚機(jī)，引用了德國(guó)先進(jìn)的氣液增力技術(shù)[2]，如圖1所示。

工作原理：經(jīng)過(guò)電磁閥控制的壓縮空氣，進(jìn)入快進(jìn)氣口使執(zhí)行缸快速移動(dòng)。到達(dá)指定位置后，壓縮空氣經(jīng)過(guò)電磁閥的控制，進(jìn)入增力進(jìn)、退氣口，使執(zhí)行缸增力和快退，實(shí)現(xiàn)氣液增力。根據(jù)額定的增力數(shù)值,選定執(zhí)行缸直徑后，再根據(jù)鉚接行程，設(shè)計(jì)增力缸、桿的直徑，達(dá)到一定壓力下的壓縮空氣使執(zhí)行缸輸出力為額定數(shù)值的效果。

圖1 氣液增力原理簡(jiǎn)圖

此研究只對(duì)壓鉚機(jī)墩頭及可動(dòng)砧子兩者任意位置如何可停及其如何快速移動(dòng)進(jìn)行探討。

2 成組壓鉚機(jī)墩頭任意位置控制探討

首先，探討壓鉚機(jī)墩頭任意位置可停的問(wèn)題。如圖1所示，簡(jiǎn)單地解決問(wèn)題就是利用液壓油的不可壓縮性，在高壓液壓管中間加一個(gè)二位二/四通高壓液壓電磁閥即可。但實(shí)際是不合理的，也是不可行的。主要原因如下。

(1) 為了增力迅速且快退，執(zhí)行缸與增力缸之間的高壓管應(yīng)盡量短，管徑盡量大，以減少因阻力產(chǎn)生的能量消耗，保證迅速增力及快退。

(2) 二位二/四通高壓液壓電磁閥滑閥一般通徑最大為φ10 mm,由于液壓油的流動(dòng)壓力僅壓縮空氣的壓力0.6～0.7 MPa，其流量也很難使執(zhí)行缸快速移動(dòng)。手動(dòng)閥由于要增加一套自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)且行程較大，影響設(shè)備每分鐘鉚接次數(shù)。不利于自動(dòng)控制。

(3) 各種規(guī)格的閥門(mén)，因其工作原理不同，在換向過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生壓力油壓力的波動(dòng)，在頂緊階段后會(huì)發(fā)生一次墩鉚接或頂緊力減小的現(xiàn)象。

(4) 壓力傳感器是個(gè)靈敏的壓力元件，壓力的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓電信號(hào)，會(huì)給控制器件造成干擾信號(hào)使控制線路板復(fù)雜化。

鑒于以上原因，只能從壓縮空氣方面來(lái)考慮。為此，設(shè)計(jì)了多規(guī)格氣用電磁閥組合、雙氣路供氣、排氣調(diào)速的方法，實(shí)現(xiàn)了壓鉚機(jī)墩頭的任意位置可停這一難題。并加裝了蓄能器，增力過(guò)程由于執(zhí)行缸活塞移動(dòng)了墩鉚行程，其前端的密閉腔室壓力增大的情況下，消除了對(duì)造成氣用電磁閥造成損壞的可能性。

3 可動(dòng)砧子任意位置探討

一般沖鉚、壓鉚機(jī)的砧子是固定不動(dòng)的。但在飛機(jī)制造業(yè)中，由于鋁鉚釘多數(shù)情況不是在一個(gè)平面內(nèi)，而是在一個(gè)空間的曲面內(nèi)，所以要求砧子是可以隨鉚接件高度的變化而移動(dòng)的。在飛機(jī)制造業(yè)中存在砧子任意位置可停，且起到砧子的作用。也就是說(shuō)，砧子一旦停止在某一位置后，在鉚接的過(guò)程中不允許有位置變化。針對(duì)這一要求利用液壓油的不可壓縮性，參考增力器原理，設(shè)計(jì)了等缸徑分體式增力器。該產(chǎn)品適用于飛機(jī)制造業(yè)使用的任意位置可停、并且可快速移動(dòng)的壓鉚機(jī)砧子。原理示意圖如圖2所示。

圖2 等缸徑示意圖

4 實(shí)際運(yùn)行情況

在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，液壓閥[3-4]的選用非常關(guān)鍵。雖然在常規(guī)的液壓傳動(dòng)中，二位二通或二位通閥閥芯結(jié)構(gòu)、導(dǎo)通方式不同，不會(huì)產(chǎn)生影響傳動(dòng)的現(xiàn)象，但在壓鉚機(jī)設(shè)備的可動(dòng)砧子的控制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生影響砧子位置的現(xiàn)象。

初始設(shè)計(jì)時(shí)，選用了大流量、內(nèi)部先導(dǎo)插裝式高壓常閉液壓電磁閥LSV6-16-2NC SP，該閥在空運(yùn)行時(shí)似乎沒(méi)有問(wèn)題。但在壓鉚機(jī)試運(yùn)行的鉚接過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題。當(dāng)墩頭出力時(shí)，發(fā)現(xiàn)砧子可壓縮約5～10 mm的行程。這一現(xiàn)象是飛機(jī)制造業(yè)絕對(duì)不允許的，否則會(huì)引起鉚接零件的變形，產(chǎn)生不合格零件。隨后分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因：該種閥屬于內(nèi)部先導(dǎo)式的，隔斷液壓油管路是由背壓產(chǎn)生密封起到關(guān)斷管路的作用。在關(guān)斷時(shí)相對(duì)高壓閥來(lái)講，介質(zhì)缸的壓力很小接近零，在鉚接開(kāi)始時(shí)一定壓力的介質(zhì)通過(guò)先導(dǎo)孔或關(guān)斷口進(jìn)入閥的另一端，當(dāng)氣體密閉腔壓縮達(dá)到一定的壓力后，產(chǎn)生了背壓才會(huì)隔斷管路，所以會(huì)產(chǎn)生砧子可壓縮5～10 mm的現(xiàn)象。同時(shí)可能對(duì)氣閥造成損壞，因此該種先導(dǎo)插裝式液壓閥在壓鉚機(jī)中不能采用。

從分析發(fā)生砧子移動(dòng)的原因入手，決定更換為22EO-H10B-T液壓電磁閥[4]，該閥屬于普通滑閥，直接隔斷管路，解決了墩頭出力時(shí)砧子壓縮的現(xiàn)象。但該種閥流量滿足不了需要，液壓油在壓縮空氣的推動(dòng)下，壓力油沿程損失較大，壓縮空氣推力損失嚴(yán)重，造成砧子移動(dòng)速度上不去。為此，設(shè)計(jì)采用多閥并聯(lián)使用的辦法，來(lái)解決流量及沿程損失的問(wèn)題。在試生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該方法既解決了砧子任意位置可停的問(wèn)題又解決了移動(dòng)速度上不去的問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

在設(shè)備交付使用后，用戶比較滿意。該設(shè)備自動(dòng)化程度高、效率高，特別是該設(shè)備與進(jìn)口機(jī)械式成組

壓鉚機(jī)相比噪音非常低，且不存在機(jī)械式成組壓鉚機(jī)墩鉚后的機(jī)械卡死現(xiàn)象。后期又做了大量的調(diào)研工作，設(shè)備在某些方面還存在不足，有待完善。

[1] KπA-503M 壓鉚機(jī)說(shuō)明書(shū)[Z].漢中:陜西飛機(jī)制造廠,1969.

[2] 裴慶軍.氣液增力技術(shù)應(yīng)用[J].機(jī)械制造,2003(5):60-60.

[3] 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究院.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[J].第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1992.

[4] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.零件設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1983.