某型號油箱段裝配工藝難點及質(zhì)量監(jiān)督改進研究

章 偉 ，胡 斌 ，李 霞 ，劉志強

（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

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

如今玻璃纖維增強復(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，具有高比強度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)異性能。而相對于碳纖維等其它復(fù)合材料，價格低廉且具有更好的吸能特性與良好的韌性，其增強減重效果明顯，常被用來制成次承力零部件[4-5]。

某型飛機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。針對以上問題進行梳理，并著重從工裝型架、優(yōu)化設(shè)計、裝配工藝、質(zhì)量監(jiān)督手段等方面提出了改進措施，有效保證了油箱段的油密、氣密試驗合格，并且縮短了裝配周期，降低了超差的點數(shù)和數(shù)值。

1 油箱段裝配技術(shù)難點分析

某型機油箱段同時也是該型機的中機身段。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，且飛機尺寸較小，由X個機身框、型材、壁板、進氣道中段、油管、氣管、供油箱等構(gòu)成，具體見圖1。結(jié)合該飛機的結(jié)構(gòu)特點以及裝配實際過程，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氣道中段區(qū)域最為突出，見圖2。由于進氣道中段直徑大，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)安裝于機身X、Y框之間的狀態(tài)下進行鉚接，且該處鉚釘數(shù)量多，在實際裝配過程中操作難度很大。

圖2 油箱后段下壁與進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關(guān)鍵性難點，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)濟性好等優(yōu)點，但存在依賴操作者技能，制品穩(wěn)定性差等缺點。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)計規(guī)范另單獨設(shè)置2道上下半框檢驗卡板，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]，從而油箱段裝配時其外形本身便存在偏差。

1.3 油箱段密封

油箱段是飛機中的一個重要部段，存儲著飛機所需的燃油，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使用的燃油不會起化學(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，且裝配時配合面為非貼模面，復(fù)材壁板與機加金屬框鉚接時，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，為對稱的弧形，與油箱口框配合時，難免存在間隙，對油箱密封存在不利影響。這些都對后續(xù)的氣密、油密試驗會造成直接影響。

2）油箱段裝配空間狹小，安裝部分鉚釘時，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)進行氣密、油密試驗時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措施及質(zhì)量監(jiān)督重點

針對上述出現(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)計和裝配工藝流程等三方面來闡述改進措施，加強相應(yīng)位置的實物和過程質(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)計更改

進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

油箱段為飛機的典型部段，由3個機身框、型材、壁板、進氣道中段、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際問題，其詳細(xì)裝配過程見圖5。因設(shè)計更改，便可先鉚接進氣道中段，然后再鉚接油箱后段下壁，解決了因油箱后段下壁與進氣道中段相互間空間狹小而難以鉚接的弊端，同時有利于裝配過程的質(zhì)量監(jiān)督。

圖4 進氣道后段下壁切除、進氣道中段鉚釘減少示意圖

圖5 某型飛機油箱段裝配路線示意圖

2.2 外形控制改進措施

2.2.1 工藝裝備

機身壁板等蒙皮類零件在固化成型時，必須在其與機身框配合處加壓框來控制該處蒙皮的厚度，且壓框的壓深相對理論深度應(yīng)大于0.1mm，后續(xù)其與機身框配合的時候可通過在該處加墊的形式來補償，一方面減少裝配時的修配工作量，另一方面有助于控制機身外形尺寸?？谏w類玻璃纖維復(fù)材零件制造時，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。

2.2.2 裝配工藝流程優(yōu)化

操作者在對機身進行預(yù)裝配時，需加強外形尺寸預(yù)檢查，并通過加墊或打磨金屬件的方式來控制機身蒙皮與檢驗卡板間的間隙值，使其處在設(shè)計要求范圍內(nèi)。后續(xù)檢驗時，對間隙值進行全數(shù)檢查并做好記錄。

2.3 油箱段密封改進措施

2.3.1 工藝裝備

進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。將進氣道中段改用整體成型模制造，避免因分塊模具對縫間隙大而使其內(nèi)型面產(chǎn)生積膠、褶皺等故障缺陷，后續(xù)裝配時因打磨內(nèi)型面，有可能對纖維織物產(chǎn)生損傷，影響油箱段的密封性。

2.3.2 設(shè)計更改

油箱口蓋為玻璃鋼制品，對稱的弧形，與油箱口框配合時，加一圈0.Xmm厚度的橡膠墊，并在周圍涂刷一層環(huán)氧膠。實際操作過程中，做氣密試驗時，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間隙進行完全補償，后經(jīng)設(shè)計更改，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

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

在檢驗時機的設(shè)定上，增加單獨對進氣道中段進行氣密性檢查，比如將進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行氣密性檢查，確認(rèn)其合格后再對其進行組裝。

3 結(jié)論

1）通過改進工藝方法及工裝結(jié)構(gòu)，某型飛機油箱段生產(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，針對重點環(huán)節(jié)，設(shè)置專項檢查十分重要，如：單獨對進氣道中段設(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%，外形尺寸超差點數(shù)明顯下降，且超差數(shù)值小，油密、氣密試驗一次合格通過，油箱段狀態(tài)滿足設(shè)計要求，其批產(chǎn)工藝及質(zhì)量趨于成熟和穩(wěn)定。