章 偉 ，胡 斌 ，李 霞 ，劉志強(qiáng)

（1.空軍裝備部駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

飛機(jī)裝配工作在飛機(jī)制造過程中占有極其重要的地位，而裝配工藝技術(shù)貫穿整個(gè)裝配流程當(dāng)中，在現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和裝配中扮演的角色將越來越重要，飛機(jī)裝配工作的勞動(dòng)量約占整個(gè)飛機(jī)制造勞動(dòng)量的45%～60%，先進(jìn)的裝配工藝應(yīng)用于生產(chǎn)中可以極大地提高飛機(jī)裝配生產(chǎn)率，縮短飛機(jī)制造周期，減少裝配返工率，保證飛機(jī)產(chǎn)品裝配質(zhì)量并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。

如今玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在飛行器中的應(yīng)用已越來越廣泛，其相比于傳統(tǒng)航材——鋁合金，具有高比強(qiáng)度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)異性能。而相對(duì)于碳纖維等其它復(fù)合材料，價(jià)格低廉且具有更好的吸能特性與良好的韌性，其增強(qiáng)減重效果明顯，常被用來制成次承力零部件[4-5]。

某型飛機(jī)油箱段大量使用了玻璃纖維復(fù)材壁板件及鋁合金鈑金型材件，在工程研制階段的裝配過程中，出現(xiàn)了裝配空間狹小、油箱氣密、油密不合格、產(chǎn)品外形超差等問題。針對(duì)以上問題進(jìn)行梳理，并著重從工裝型架、優(yōu)化設(shè)計(jì)、裝配工藝、質(zhì)量監(jiān)督手段等方面提出了改進(jìn)措施，有效保證了油箱段的油密、氣密試驗(yàn)合格，并且縮短了裝配周期，降低了超差的點(diǎn)數(shù)和數(shù)值。

1 油箱段裝配技術(shù)難點(diǎn)分析

某型機(jī)油箱段同時(shí)也是該型機(jī)的中機(jī)身段。該油箱段壁板結(jié)構(gòu)材料以玻璃纖維泡沫夾芯為主，通過環(huán)氧膠接而成，少量采用增強(qiáng)尼龍和鋁合金結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零組件多，且飛機(jī)尺寸較小，由X個(gè)機(jī)身框、型材、壁板、進(jìn)氣道中段、油管、氣管、供油箱等構(gòu)成，具體見圖1。結(jié)合該飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及裝配實(shí)際過程，發(fā)現(xiàn)裝配過程中出現(xiàn)以下典型問題。

圖1 油箱段示意圖

1.1 操作空間狹小

在裝配過程中，由于操作空間狹小，增加了制孔及安裝緊固件的難度。油箱后段下壁板與進(jìn)氣道中段區(qū)域最為突出，見圖2。由于進(jìn)氣道中段直徑大，兩端套合區(qū)直徑小，且油箱后段下壁與X、Y框叉耳區(qū)域需“咬合”，受限于上述零件結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)氣道中段帶板處的鉚釘必須在油箱后段下壁預(yù)安裝于機(jī)身X、Y框之間的狀態(tài)下進(jìn)行鉚接，且該處鉚釘數(shù)量多，在實(shí)際裝配過程中操作難度很大。

圖2 油箱后段下壁與進(jìn)氣道中段位置示意圖

1.2 外形控制

油箱段體積雖小，但零件和成附件多，由于復(fù)合材料零件制造、部件裝配時(shí)存在尺寸偏差，易造成公差積累，從而油箱段的外形控制是一個(gè)關(guān)鍵性難點(diǎn)，具體原因分析如下。

1）油箱段使用了大量玻璃纖維復(fù)材壁板件及鈑金型材件。復(fù)合材料零件成型時(shí)采用了傳統(tǒng)的手糊成型法，該成型方法適用于制造形狀復(fù)雜的復(fù)合材料零件，且具有投入少，經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，但存在依賴操作者技能，制品穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。為保證零件外表面的光滑性，通常外表面為貼合模具面，而在實(shí)際裝配中，通常需要復(fù)合材料的內(nèi)表面與其他零件配合，增加了飛機(jī)油箱段裝配外形控制的難度。

2）某些小金屬零件為鈑金件，其外形精度差，裝配時(shí)可能造成鈑金件變形，從而影響油箱段的外形。

3）裝配型架為簡單的框架、組合式結(jié)構(gòu)。設(shè)置了3道上下半框裝配卡板，并按照設(shè)計(jì)規(guī)范另單獨(dú)設(shè)置2道上下半框檢驗(yàn)卡板，用于油箱段外形的檢查。這種傳統(tǒng)的框架卡板式裝配型架，以骨架外形為基準(zhǔn)，這種裝配方法的誤差形成是“由內(nèi)向外”的，累積誤差均反映到外形上[3]，從而油箱段裝配時(shí)其外形本身便存在偏差。

1.3 油箱段密封

油箱段是飛機(jī)中的一個(gè)重要部段，存儲(chǔ)著飛機(jī)所需的燃油，其密封性是一關(guān)鍵性指標(biāo)。一般來說，油箱所選用的材料和飛機(jī)使用的燃油不會(huì)起化學(xué)反應(yīng)。

1）油箱段壁板為玻璃鋼復(fù)材件，其外形尺寸較難控制，且裝配時(shí)配合面為非貼模面，復(fù)材壁板與機(jī)加金屬框鉚接時(shí)，兩者弧面不是完全吻合，需使用膠黏劑填縫隙。如油箱口蓋為玻璃鋼制品，其外形如圖3所示，為對(duì)稱的弧形，與油箱口框配合時(shí)，難免存在間隙，對(duì)油箱密封存在不利影響。這些都對(duì)后續(xù)的氣密、油密試驗(yàn)會(huì)造成直接影響。

2）油箱段裝配空間狹小，安裝部分鉚釘時(shí)，由于頂鐵缺乏足夠的通路，導(dǎo)致鉚釘成型質(zhì)量較難保證，后續(xù)進(jìn)行氣密、油密試驗(yàn)時(shí)有可能從鉚釘處泄漏。

圖3 油箱口蓋

2 油箱段裝配工藝改進(jìn)措施及質(zhì)量監(jiān)督重點(diǎn)

針對(duì)上述出現(xiàn)的操作空間狹小、外形控制、油箱段密封等典型問題，主要從工藝裝備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配工藝流程等三方面來闡述改進(jìn)措施，加強(qiáng)相應(yīng)位置的實(shí)物和過程質(zhì)量監(jiān)督，改善了油箱段裝配質(zhì)量，且縮短了裝配周期。

2.1 操作空間狹小改進(jìn)措施

2.1.1 工藝裝備

選用可翻轉(zhuǎn)式的工裝型架，且型架上的裝配卡板及定位器均設(shè)置為可拆卸式的，定制專用工具，主要是一些特制頂鐵，在一定程度上可緩解因操作空間狹小所帶來的不便，同時(shí)便于目視、測量、手觸檢查緊固件鉚接質(zhì)量和部件外形。

2.1.2 設(shè)計(jì)更改

進(jìn)氣道中段為非承力部位，且該部位因操作空間狹小而導(dǎo)致該處鉚釘鉚接困難，故在不影響連接強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)減少該處鉚釘?shù)呐挪紨?shù)量；將油箱后段下壁板與機(jī)身X、Y框“咬合處”的一端切除，另一端允許倒角處理，這樣就可調(diào)整裝配順序，可先鉚接進(jìn)氣道中段，然后再鉚接油箱后段下壁，規(guī)避因油箱后段下壁與進(jìn)氣道中段相互間空間狹小而難以鉚接的弊端，見圖4。

2.1.3 裝配工藝流程優(yōu)化

油箱段為飛機(jī)的典型部段，由3個(gè)機(jī)身框、型材、壁板、進(jìn)氣道中段、油管、氣管、供油箱等構(gòu)成，因操作空間狹小，優(yōu)化裝配順序，能有效解決部分裝配實(shí)際問題，其詳細(xì)裝配過程見圖5。因設(shè)計(jì)更改，便可先鉚接進(jìn)氣道中段，然后再鉚接油箱后段下壁，解決了因油箱后段下壁與進(jìn)氣道中段相互間空間狹小而難以鉚接的弊端，同時(shí)有利于裝配過程的質(zhì)量監(jiān)督。

圖4 進(jìn)氣道后段下壁切除、進(jìn)氣道中段鉚釘減少示意圖

圖5 某型飛機(jī)油箱段裝配路線示意圖

2.2 外形控制改進(jìn)措施

2.2.1 工藝裝備

機(jī)身壁板等蒙皮類零件在固化成型時(shí)，必須在其與機(jī)身框配合處加壓框來控制該處蒙皮的厚度，且壓框的壓深相對(duì)理論深度應(yīng)大于0.1mm，后續(xù)其與機(jī)身框配合的時(shí)候可通過在該處加墊的形式來補(bǔ)償，一方面減少裝配時(shí)的修配工作量，另一方面有助于控制機(jī)身外形尺寸?？谏w類玻璃纖維復(fù)材零件制造時(shí)，內(nèi)部的夾芯材料，如聚氨酯泡沫、鋁制件，應(yīng)嚴(yán)格控制其厚度，以及零件含膠量，以進(jìn)一步控制成型后零件的厚度，避免厚度超差，這也是工序質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

2.2.2 裝配工藝流程優(yōu)化

操作者在對(duì)機(jī)身進(jìn)行預(yù)裝配時(shí)，需加強(qiáng)外形尺寸預(yù)檢查，并通過加墊或打磨金屬件的方式來控制機(jī)身蒙皮與檢驗(yàn)卡板間的間隙值，使其處在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。后續(xù)檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)間隙值進(jìn)行全數(shù)檢查并做好記錄。

2.3 油箱段密封改進(jìn)措施

2.3.1 工藝裝備

進(jìn)氣道中段作為油箱段的重要組成部分，其由X層玻璃纖維編織物和泡沫夾芯組成。將進(jìn)氣道中段改用整體成型模制造，避免因分塊模具對(duì)縫間隙大而使其內(nèi)型面產(chǎn)生積膠、褶皺等故障缺陷，后續(xù)裝配時(shí)因打磨內(nèi)型面，有可能對(duì)纖維織物產(chǎn)生損傷，影響油箱段的密封性。

2.3.2 設(shè)計(jì)更改

油箱口蓋為玻璃鋼制品，對(duì)稱的弧形，與油箱口框配合時(shí)，加一圈0.Xmm厚度的橡膠墊，并在周圍涂刷一層環(huán)氧膠。實(shí)際操作過程中，做氣密試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)口蓋周圍漏氣尤為嚴(yán)重，0.Xmm厚度的橡膠墊并不能對(duì)間隙進(jìn)行完全補(bǔ)償，后經(jīng)設(shè)計(jì)更改，建議在油箱口蓋周圍涂覆耐油的密封膠，并在外部的緊固件上涂刷一層環(huán)氧樹脂。使用密封膠之后，油箱段的氣密、油密試驗(yàn)均合格，保證了油箱段的密封性。

2.3.3 裝配工藝流程優(yōu)化

在進(jìn)氣道中段成型過程中，自制鋁制均壓板，輔助進(jìn)氣道中段帶板配合區(qū)的預(yù)埋鈑金件成型，從而控制了進(jìn)氣道中段帶板配合區(qū)域的外形尺寸。

在檢驗(yàn)時(shí)機(jī)的設(shè)定上，增加單獨(dú)對(duì)進(jìn)氣道中段進(jìn)行氣密性檢查，比如將進(jìn)氣道中段兩端口密封，然后充入一定壓力的氣體，再在其外表面涂覆肥皂水進(jìn)行氣密性檢查，確認(rèn)其合格后再對(duì)其進(jìn)行組裝。

3 結(jié)論

1）通過改進(jìn)工藝方法及工裝結(jié)構(gòu)，某型飛機(jī)油箱段生產(chǎn)效率及裝配完成質(zhì)量得到改善，滿足設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品趨于穩(wěn)定；

2）檢查開敞性較差產(chǎn)品的裝配質(zhì)量，采用可實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)、拆卸的工裝型架，能有效緩解因空間狹小而帶來的制造和檢測弊端；

3）在裝配施工過程質(zhì)量監(jiān)督中，針對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)置專項(xiàng)檢查十分重要，如：單獨(dú)對(duì)進(jìn)氣道中段設(shè)置氣密性檢查的工作內(nèi)容，可有效把控產(chǎn)品裝配質(zhì)量動(dòng)態(tài)；

4）通過優(yōu)化工藝方法、工裝結(jié)構(gòu)等工藝方案，以及新增檢驗(yàn)環(huán)節(jié)、量化檢測標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量監(jiān)督手段，油箱段生產(chǎn)效率及裝配完成質(zhì)量得到改善。其中裝配周期縮短25%，外形尺寸超差點(diǎn)數(shù)明顯下降，且超差數(shù)值小，油密、氣密試驗(yàn)一次合格通過，油箱段狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，其批產(chǎn)工藝及質(zhì)量趨于成熟和穩(wěn)定。