锥度螺栓工艺技术研究

[摘 要]本文简要介绍了斜率为1：48高精度锥度螺栓的应用背景，重点分析了锥度螺栓返修的加工难点和技术关键，并且针对加工方案的选择及确定进行了详细阐述，以供有关人员参考。

[关键词]锥度螺栓 斜率 高精度 锥度衬套

中图分类号：TG580.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0024-01

1.引言

至2007年我国与英国空客公司合作的A319/A320系列飞机机翼翼盒组件转包项目研制成功后，锥度螺栓的正常制孔和安装这种先进的工艺技术已广泛应用于航空制造业中。但如果机翼翼盒已经装配完毕，出现重大故障需要对高精度锥度螺栓孔返修时，如何保证这种斜率为1：48高精度锥度螺栓孔与骨架结构孔同心且满足图纸和锥度螺栓安装的要求，这是目前返修中的难点和关键。目前国内外航空制造业中关于锥度螺栓孔的返修工艺技术仍是一片空白。

2.锥度螺栓的应用背景

普通的圆柱形螺栓和圆形孔的配合，在螺栓被打入或拉入干涉配合孔中时，孔的全长上都必须承受压力，但螺栓杆的外表面和孔的内表面很难达到很好的接触，这会引起预载荷的不均衡，导致应力集中，使得紧固件趋于失效，因此需要直径更大的螺栓和制出更大直径的孔，但这增加了飞机的重量。与普通螺栓相比，锥度螺栓在锥形孔中安装时，由于其螺栓杆部有1：48的锥度，锥度螺栓能够自由的进入孔的大部分，仅需要拉入很短的距离就可以达到完全干涉，从而在螺栓与孔之间形成均匀的干涉量。另外，均衡的预载在一定程度上减小了应力，提高了螺栓的耐磨性，从而可使结构的疲劳寿命提高两倍以上。因此锥度螺栓主要用于材料厚度较厚的主要受力部位的连接。

3.锥度螺栓孔返修工艺技术的关键

锥度螺栓孔返修工艺在整个航空制造业中都是一个全新的技术，找不到相关的技术资料，又没有生产实践经验和实验数据，因此没有可供参考的加工流程和加工参数。为了满足返修要求，掌握锥度螺栓孔返修技术，我们对锥度孔的加工进行了大量的试验研究，确定加工过程中的技术关键和难点，并逐一加以解决。锥度螺栓孔的返修工艺技术存在以下的技术关键及难点。

3.1加工流程的确定。

3.2加工参数的确定，如锥度孔底孔尺寸，孔加工的转速等。

3.3锥度孔返修引孔时，更换的结构件与骨架结构之间的同轴度如何保证。

3.4锥度孔制出后，如何保证在不划伤高精度的锥度孔孔壁的情况下将骨架结构孔内埋入的锥度衬套顺利取出。

3.5锥度螺栓孔返修后，如何保证锥度螺栓杆外表面和孔内表面至少60%的接触率。

4.关键技术及难点的解决方案

4.1确定加工流程

普通紧固件的制孔返工安装流程一般为：孔内增加衬套钻制紧固件初孔扩孔铰孔至终孔分解去毛刺清洗和涂胶零件重新定位安装紧固件；锥度螺栓的返工加工流程却不能遵循常规方法，如果将孔加工到最终锥度孔尺寸后分解，涂胶再重新定位，普通的圆柱定位销无法定位锥形孔。若是用锥形销，首先锥形销加工困难，其次锥形销要想达到精确定位的目的，就必须使销和孔充分接触，使其产生干涉，但是这样会造成分解困难，并极有可能损伤孔。最重要的是即便使用锥形销定位，多层零件上的锥形孔孔中心仍会存在微量的偏移，即孔不同心，降低孔和螺栓之间的接触率，导致不合格的连接。再加上正常的锥度孔制孔时是钻至比公称直径小1/64″。因此，锥度孔的加工必须放在零件重新定位之后。

初步确定的加工流程如下：利用锥形钻套钻制紧固件初孔扩孔至比公称直径小1/64″的孔径清洗和涂胶重新定位零件等密封胶的施工期之后加工出合格的锥形孔安装紧固件。

4.2确定加工参数

4.2.1锥度孔加工过程中锥度衬套尺寸的确定

由于锥度螺栓孔有不同种类型，且精度要求高，此外骨架结构厚度不均，要保证锥度衬套与每一个锥度孔相匹配便成为一个难点，因此确定每一个锥度孔相匹配的锥度衬套尺寸是锥度螺栓返修的工艺技术关键。经过查阅标准件手册、刀具资料，测量现场骨架实际厚度，最终确定了锥度衬套的尺寸。

4.2.2锥度孔加工过程中直衬套尺寸的确定

锥度螺栓孔的返修，要保证锥度螺栓孔的精度和同心度，必须使锥度衬套与直衬套完全配合且完全同心，再加上与不同刀具进行配合，最终确定直套的外径与锥度衬套的内径相同，且为负差，公差在0.03mm内，同轴度要求为0.01mm，内径与要使用的刀具直径相同，分为不同种规格。

4.2.3铰锥度孔时转速的确定

经过对多次试验结果的对比，最终确定小于1/2"的孔，转速为700RPM；大于1/2"但小于3/4"的孔，转速为500RPM；大于3/4"的孔则需要使用功率更大的风钻，最大转速为450RPM。

4.3锥度孔加工工量具的选用

4.3.1刀具的选择

锥度孔的加工采用特殊的刀具，刀具为复合式锥度刀。

由于骨架结构孔内埋有锥度衬套，制孔时需将直套插入锥形套内，所以复合式锥度刀前端必须进行刃磨，使得刃磨部位与直套配合，锥形部位在壁板上钻铰至锥度孔。

锥度刀具的的刃磨可以参照图4。根据壁板的厚度来确定锥度部位的尺寸，即图4中的B尺寸，而图4中的A尺寸是根据直套的内径来确定的，不同型号的锥度孔所使用的锥度衬套和直套尺寸不同。如7#锥度刀，前导则刃磨成Ф9.13mm。

4.3.2工具的选择

4.3.2.1 初孔和锥度底孔加工工具的选择

根据产品结构和工具特点的不同，选择手工钻孔返修锥度螺栓孔，即使用钻头、带前导的扩孔钻配合锥度衬套、直套和钻块，逐步将孔扩至所需要的尺寸。此种方法操作简单，但费时费力，以5/8"的锥度螺栓举例，要将孔钻至Φ13.89MM（35/64"），需要最少7把刀才能完成。

4.3.2.2.锥度孔加工工具的选择

1）锪窝钻套控制深度

一次完成锥度孔和窝的加工，这是锥度螺栓制孔的关键和特点。铰孔和锪窝深度控制直接影响锥度孔的最终尺寸，而锪窝深度的控制，工厂一般使用锪窝钻套，但锥度螺栓的锪窝是和孔的钻制在同一次完成的，与普通锪窝钻套相比，锥度螺栓锪窝钻套的行程必须大于整个夹层厚度；此外由于锥度铰刀的总长远远超过普通锪窝钻，因此锪窝钻套的长度也必须足够长。

2）专用的深度控制装置

对于孔径较大的锥度螺栓，还可以使用齿条进给钻完成铰孔和锪窝。由于齿条进给钻自身没有深度控制装置，所以使用前必须在齿条钻的前端安装专用的深度控制装置，这套装置能够起到类似锪窝钻套的作用，从而可以控制齿条钻铰孔和锪窝的深度。

4.4骨架结构锥度螺栓孔内的锥度衬套保证100%取出且不划伤孔壁

锥度螺栓孔的返修流程确定锥度孔在零件重新定位之后加工，如何将埋入骨架结构锥度螺栓孔内的锥度衬套100%取出且不划伤孔壁，是另一个要解决的关键问题。经过多次试验，将埋入骨架结构锥度螺栓孔的锥度衬套切断0.5-1.5mm有利于衬套的顺利取出。

5.结束语

锥度螺栓孔的返修工作是一个技能要求非常高的加工过程，进行锥度螺栓返修制孔和安装操作时，操作人员都必须经过严格的培训以及长时间的练习，才能加工出合格质量的锥度孔，锥度螺栓孔返修和安装技术在A319/A320机翼装配过程中的成功应用，标志着西飞的转包生产能力上到了一个新的台阶，同时也为后续的产品生产提供了坚实的技术基础，为西飞扩大再生产创造了有力的条件。