徐云甫 任海龍 霍珍一 李繼東 周勇
摘 要:針對裝配過程中涂膠工作存在的手工操作效率低、膠層厚度不均勻、用膠量不受控、膠液使用率低等問題,提出一種基于半自動涂膠機(jī)的涂膠方法,設(shè)計(jì)由氣泵、導(dǎo)管和注膠器組成的涂膠機(jī),涂膠效果、膠接強(qiáng)度及涂膠效率較手工操作顯著提升,最終通過試驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞:半自動涂膠機(jī);涂膠;角條;螺紋
1引言
機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)類航天器產(chǎn)品各連接件、緊固件需采用連接面涂膠保證連接的可靠性,裝配工作是航天器產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的一個重要環(huán)節(jié),裝配過程中涉及大量的涂膠工作,涂膠質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的膠接性能。
目前,航天器產(chǎn)品裝配過程中的涂膠工作主要是手工操作,膠層厚度、涂膠質(zhì)量的控制對操作人員的技術(shù)水平要求較高,不同人員操作,膠層厚度、膠液使用率、膠液溢出量、工作時長等環(huán)節(jié)指標(biāo)離散型較大。而這些關(guān)鍵特性不僅影響裝配外觀,而且影響連接質(zhì)量進(jìn)而直接影響裝配質(zhì)量,因此需要嚴(yán)格控制。另一方面,航天器產(chǎn)品裝配過程中涉及大量的涂膠和封膠工作,少則幾十、多則上千,單純依賴手工操作,需要耗費(fèi)較長的工作時間。因此,如何證涂膠質(zhì)量、穩(wěn)定性、提高效率是我們需要解決的難題。
針對裝配過程中涂膠工作存在的手工操作效率低、膠層厚度不均勻、膠液使用效率低等問題,本文提出一種基于半自動涂膠機(jī)的涂膠和封膠方法,利用半自動涂膠機(jī)達(dá)到裝配過程中涂膠工作的高效化和高質(zhì)量,滿足后續(xù)大批量緊固件、連接件涂膠工作,確保型號任務(wù)的順利完成。
2 目前涂膠方法及存在問題
在生產(chǎn)任務(wù)中,存在大量涂膠工作。以某平臺某整星裝配為例,共需裝配近百個角條和上千個緊固件。其中,角條為鋁合金材料,需在角條面均勻的涂膠,如圖1(角條面涂膠的照片)所示,涂膠后將角條和整星結(jié)構(gòu)連接。緊固件需在螺紋連接后逐個進(jìn)行封膠操作以保證連接的可靠性,如圖2(緊固件封膠的照片)所示。
目前,角條面的涂膠和緊固件連接的涂膠工作完全依賴操作人員手工操作,主要存在以下幾方面的問題:
1)手工涂膠的膠層厚度均勻性差、造成加壓后,膠液溢出量不受控;
2)手工涂膠容易造成膠液溢出過多,后續(xù)需花費(fèi)大量時間清理殘膠,消耗較多輔料;
3)手工涂膠膠液使用率低;
4)手工涂膠速度慢、效率低,以420膠為例,配一次膠使用時間40分鐘,手工涂膠只能涂8根角條;
5)手工涂膠對操作人員技能有一定的要求。
3 涂膠和方法改進(jìn)方案
3.1 半自動涂膠機(jī)
針對上述手工涂膠存在的問題,提出一種基于半自動涂膠機(jī)的涂膠方法,利用氣壓實(shí)現(xiàn)膠液的自動填充。半自動涂膠機(jī)由氣泵、氣管、注膠器3個部分組成,如圖3所示。
半自動涂膠機(jī)的工作原理是:通過氣泵產(chǎn)生的氣壓經(jīng)過導(dǎo)管的傳遞作用于注射器中的膠液,膠液在恒定氣壓的作用下,從注膠器的出膠口連續(xù)溢出。
半自動涂膠機(jī)有兩種工作模式
持續(xù)工作模式:啟動后持續(xù)出膠,適用于面接觸零件涂膠
點(diǎn)動工作模式:啟動后定量出膠,適用于緊固件、電纜線固定涂膠
3.2 半自動涂膠機(jī)不同參數(shù)設(shè)定對膠層的影響
氣泵的氣壓量、回壓強(qiáng)度及出膠口規(guī)格等參數(shù)共同決定了膠層厚度和均勻性兩個關(guān)鍵指標(biāo)。為了得到不同參數(shù)下膠層指標(biāo),進(jìn)行了多組工藝試驗(yàn):
1)氣壓量對膠層影響
氣壓量主要影響膠層的厚度,不同氣壓量會產(chǎn)生不同的膠層厚度。表1為不同氣壓量產(chǎn)生的膠層厚度量值。
2)回壓強(qiáng)度對膠層均勻度影響
回壓反映的是導(dǎo)管內(nèi)的阻力,間接反映了膠液的溢出狀態(tài),圖4為不同回壓強(qiáng)度下膠層狀態(tài)。
3)出膠口對膠層影響
注膠器中的膠液在氣壓的作用下從出膠口連續(xù)溢出,因此出膠口的形狀和參數(shù)直接影響膠層的厚度和均勻性。出膠口過窄會造成出膠不暢,過寬則膠液溢出過量。不同形式出膠口對應(yīng)的涂膠狀態(tài)如表2所示。
可見,當(dāng)出膠口寬度為30mm、縫隙為0.2mm時,角條面的涂膠狀態(tài)最為理想。當(dāng)出膠口出膠口直徑為Φ1mm,最為適合緊固件連接的涂膠。
3.3改進(jìn)后的操作流程
使用半自動涂膠機(jī)進(jìn)行角條面涂膠的的操作流程如圖5所示,主要步驟如下:
1)將調(diào)配好的膠液按照使用量注入到注膠器中;
2)根據(jù)要涂膠的角條面寬度尺寸選擇合適出膠口,并將出膠口安裝在注膠器上;
3)根據(jù)工藝要求的膠層厚度調(diào)整到合適的氣壓量;
4)根據(jù)膠層均勻狀態(tài)調(diào)整回壓強(qiáng)度;
5)確認(rèn)相關(guān)參數(shù)調(diào)整到位后,對角條面進(jìn)行涂膠。
使用半自動涂膠機(jī)進(jìn)行緊固件封膠的操作流程如圖6所示,主要步驟如下:
1)將緊固件螺紋部分?jǐn)Q出;
2)將調(diào)配好的膠液按照使用量注入到注膠器中;
3)根據(jù)要封膠的螺紋規(guī)格選擇合適出膠口,并將出膠口安裝在注膠器上;
4)根據(jù)膠層均勻狀態(tài)調(diào)整回壓強(qiáng)度;
5)確認(rèn)相關(guān)參數(shù)調(diào)整到位后,對緊固件螺紋部分進(jìn)行涂膠;
6)涂膠完畢后,將緊固件重新擰入。
4 效果驗(yàn)證
4.1角條面涂膠驗(yàn)證
以長800mm角條為例,手動涂膠和使用半自動涂膠機(jī)的涂膠效果如圖7所示,可見,使用半自動涂膠機(jī)涂膠后,膠層的均勻性得到顯著提升。從涂膠效率來看,手動涂膠耗費(fèi)時間為5min,使用半自動涂膠機(jī)對該角條面進(jìn)行涂膠,耗時2min,單根角條省時3min,以遙感平臺為例,整星封膠累計(jì)節(jié)約時間5~8小時,膠液消耗減少30%。而且采用扁口形式的出膠口涂膠,可以有效控制膠層厚度,使膠膜厚度均勻,膠液使用效率更高。通過理化試驗(yàn)數(shù)據(jù),手工涂膠的拉伸強(qiáng)度為23~35Mpa,使用半自動涂膠機(jī)的拉伸強(qiáng)度為25~32Mpa,有效保證了膠層的膠接強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
4.2緊固件連接封膠驗(yàn)證
針對緊固件連接涂膠,傳統(tǒng)的涂膠方法為:將緊固件拆下,手工抹膠緊固件螺紋部分,再將緊固件安裝回原始位置?,F(xiàn)使用半自動點(diǎn)膠機(jī)封膠,只需將緊固件螺紋部分旋出,涂膠后重新將緊固件旋入。手動涂膠和使用半自動涂膠機(jī)的涂膠效果如圖8所示,可見,使用半自動涂膠機(jī)涂膠后,膠層的均勻性得到顯著提升,用膠量可控。以某平臺為例,整星手動封膠耗費(fèi)時間為2天,使用半自動涂膠機(jī)對緊固件進(jìn)行涂膠,耗時為1.5天,用膠量節(jié)約膠30%。
5 結(jié)論
針對航天器產(chǎn)品裝配過程中涂膠工作存在的手工操作效率低、膠層厚度不均勻、用膠量不受控等問題,本文提出一種基于半自動涂膠機(jī)的涂膠方法,通過研究和試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論:
1)較手工涂膠,使用半自動涂膠機(jī)的涂膠方法,膠層均勻性顯著提升,厚度得到量化控制,涂膠質(zhì)量穩(wěn)定性明顯改善;
2)使用半自動涂膠機(jī)進(jìn)行涂膠,單根角條效率提升30%,單個緊固件效率提升30%;減少后續(xù)清膠工作量。
3)使用半自動涂膠機(jī)進(jìn)行涂膠減少廢膠量,成本節(jié)約;
4)對操作人員的技能水平要求低;
5)通過調(diào)整氣壓、出膠口等參數(shù),可以調(diào)整膠層厚度、寬度等關(guān)鍵特性,以適應(yīng)不同規(guī)格的角條、螺紋,或其他結(jié)構(gòu)形式的涂膠對象。
目前該涂膠方法已應(yīng)用到多個型號整星結(jié)構(gòu)及太陽翼產(chǎn)品的裝配中,具有很強(qiáng)的適用性和實(shí)用性。該解決方案不僅可應(yīng)用于角條涂膠和螺紋封膠,通過調(diào)整參數(shù)和出膠口規(guī)格,可擴(kuò)展應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的涂膠。使用半自動涂膠機(jī)能夠大大降低操作者的工作強(qiáng)度,提升膠接強(qiáng)度,對提高操作效率,增強(qiáng)裝配可靠性、穩(wěn)定性方面起到非常重要作用。依托現(xiàn)有成熟工藝技術(shù)和工藝方法改進(jìn),使裝配過程簡便、快捷、高效,滿足后續(xù)批量化研制需求,適應(yīng)了航天產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展需要。