标准件安装及表面质量对飞机装配的影响分析

邢晨

摘  要：基于标准化的紧固件（以下简称紧固件），研究其在飞机装配中的特性，通过以沈飞公司民机飞机装配案例，分析紧固件在飞机装配稳定性、延长飞机使用寿命等方面存在的影响。该文主要阐述了装机沉头紧固件在飞机装配中的种类和装机要求，从而满足飞机装配质量，减少装配风险，解决实际装机问题。通过有效的工艺改进，满足飞机装配需求，达到最佳装配效果。

关键词：标准化;紧固件;飞机装配;标准件安装;表面质量

中图分类号：V262.4                  文献标志码：A

0 引言

标准件是指结构、尺寸、画法和标记等各个方面已经完全标准化，并由专业生产的常用的零（部）件，如螺纹件、键、销、滚动轴承。包括标准化的紧固件、连接件、传动件、密封件、液压元件等机械零件。而标准紧固件作为标准件的代表，被广泛地应用于飞机制造中。因此该文以紧固件为重点分析案例，研究其在飞机装配中的特点，特别是安装和表面质量的重要因素对飞机装配的影响。

紧固件是具有高度通用化和系列化特点的基础性零件，在飞机中大量重复使用，紧固件的安装质量对装备结构强度和寿命及隐身性能有重要影响。国内从2002年开始就针对紧固件开展了产品合格鉴定工作，对紧固件产品的尺寸、性能进行了全面的检测和试验，通过合格鉴定试验，使航空标准件的质量控制活动前移，对标准件批产前产品质量实现了有效的控制作用，是飞机上用于连接零件、组件、标准件的连接机构，主要用于承受零件孔直径方向传递的载荷与变形，据统计，多达75%～80%的疲劳破坏发生在机体连接部位。

1 装机沉头紧固件种类及装机要求

1.1 装机沉头紧固件种类

目前全球飞机制造商对于装机沉头类型主要以90°、100°、120°的螺栓、铆钉、抽钉为主。沉头尺寸主要包括沉头角度、沉头大径、沉头高度，在飞机装配时，针对不同沉头角度、沉头大径、沉头高度公差锪窝 。

1.2 装机要求

安装在口盖以及不可拆卸的蒙皮上的铆钉头应与蒙皮平齐，埋头螺钉头以及埋头螺钉头的歪斜可允许的凸起和凹陷应包括分布在中央翼、机翼及尾翼上的不得大于0.1 mm加大去读表面上的埋头螺钉可允许的单面凸起和凹陷不得大于0.15 mm;分布在机身、进气道和发动机短舱上的不得大于0.2 mm，较大曲度表面上的埋头螺钉可允许的单面凸起和凹陷不得大于0.3 mm。

对于每排沉头螺栓和高抗剪铆钉，允许不超过沉头螺栓和高抗剪铆钉总数10%的钉头下与基孔之间存在不大于0.2 mm单面不贴合间隙，但不得超过钉头周长的1/3。

2 现场标准件安装实际问题情况及问题分析

紧固件对飞机使用寿命的影响主要在于2个方面。1）其自身的疲劳特性与强度特性。2）是紧固件与零件的装配情况。

飞机结构故障初步统计结果表明，薄壁结构疲劳裂纹及紧固件松动、脱落故障大约占20%～30%。可以说，紧固件的失效故障是长期以来严重影响飞机使用维护的老大难问题之一。飞机在空中飞行、起飞和降落阶段飞机薄壁结构受力状态复杂，要承受交变载荷和振动载荷的作用，容易出现多发性的疲劳问题。通过对紧固件失效案例的采集、分析，我们发现，紧固件在震动载荷下的松动、脱落问题成了紧固件问题的主要问题，案例中鲜有因超过紧固件疲劳极限而发生断裂的情况。其次，在同等载荷的情况下，连接零件屈服变形的概率远大于紧固件疲劳断裂的概率，这也是产生紧固件松动、脱落的主要原因。再者，飞机紧固件的选择遵从于应用多年的标准体系，在多批次飞机中得到验证，具有较高的可信度。因此，提升紧固件连接寿命，应主要从紧固件与零件的装配情况下手。

按照现场实际案例，沉头紧固件在装配安装后出现漏窝问题，需要调整不同紧固件厂家产品进行装配，严重影响装配进度。而螺栓头部高度、沉头角度、头部外径3个尺寸的公差和锪窝公差的组合影响会造成漏窝现象，通过现场装配试验，经过与装配效果较好的厂家产品进行测绘对比分析发现装配漏窝的原因主要为头部尺寸较小、头部高度过大，同批产品离散性较大造成。头部尺寸越大，头部高度越小及离散性越小的产品与装配沉头窝的贴合度越好。如图1所示。

3 现场标准件安装工艺改进措施

3.1 优化模具参数，采购新模具进行生产

对于问题产品，进行优化整改。通过更改十字槽阳模弧面尺寸，同时控制外圆尖边厚度，经过装配测试及厂家测绘后，已完成试装，基本满足现场需求。

3.2 完善文件，控制尖边厚度

相关标准中仅规定了外圆直径的最小值，未规定尖边厚度，产品虽然满足标准要求，但由于尖边厚度直接影响螺栓头部与装配孔的贴合程度，经过反复试验，最终确定尖边厚度不大于0.3 mm时，能够获得较好的安装效果，并制作了典型标准样件进行试装，基本满足现场需求。如图2改进前后对比图所示。

3.3 改善装配工艺效果思考

一方面应该强化对标准件的管理，筹建集标准件生产、采购、验收、存储、配套、发放于一体的专门机构—标准件中心。以零件生产信息化为工具、以安全库存预警和“订货点法”为主要管理模式，形成一套标准件生产、采购、验收、存储、配套、发放于一体的全新管控体系。

另一方面标准件中心对各车间使用的标准件进行统一配送发放，以保证批次的一致性，按工序进行配送，且为同一厂家同一批次的标准件。车间在使用过程中容易出现混批次安装情况，为保证装机质量，各生产单位应编制内部现场标准件批次性安装管理要求。如果标准件质量进行了提升，装配现场装配混乱也无法达到最佳装配效果。

4 结论

为了实现飞机装配的精准性、高效性，保证飞机使用寿命，确保产品质量，就必须严格对标准件的安装和表面质量的颗粒度进行约束，并建立细化的标准体系，同时要在后续的工作中不断总结经验教训，制定专门的改进方案，从而达到最佳的装配效果。该文后续将持续对以下内容进行跟踪研究，以保证研究成果的落地。

通过上述后续方案的开展，在达到该文的最终研究目的以外，更对飞机制造业中飞机装配这一重要环节有了更多的思考。为了提高飞机使用寿命，我们除了加强紧固件标准的考量与鉴定之外，还要通过引入新技术、新方法，提高标准件在装配中装配效果。重点关注紧固件松动与脱落问题、装配过程应力集中问题以及制孔精度问题。从工艺角度解决紧固件失效问题，从而提升机体稳定性和飞机使用寿命。

参考文献

[1]韦红余，陈文亮，蒋红宇，等.面向现代飞机装配的长寿命机械连接技术[J].航空制造术，2009（17）：34-37.

[2]陈群志，周志强，張强，等.振动环境下飞机薄壁结构紧固件疲劳寿命研究[J].机械度，2015，37（1）：52-57.