西飛C919活動翼面自動制孔生產(chǎn)線完成首架機應用驗證

近日，由航空工業(yè)西飛首次采用C919活動翼面自動制孔生產(chǎn)線加工的C919飛機4個活動面順利交付客戶，標志著該生產(chǎn)線正式具備產(chǎn)品加工能力，相較之前效率提升3倍，為C919飛機提速增效奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。C919活動翼面復材應用多、尺寸大、疊層厚，產(chǎn)品加工難度大，西飛尚未有對大尺寸復合材料活動翼面自動制孔的經(jīng)驗。為此，西飛機翼裝配廠數(shù)字化團隊成立了活動翼面自動制孔專項攻堅團隊，對機器人制孔壓緊力、進給速度、轉(zhuǎn)速等各項加工參數(shù)不斷進行探索和驗證，形成定制化加工方案。攻堅團隊解決了復合材料容易分層、劈裂以及進給速度慢導致加工效率低的問題。他們積極學習前期數(shù)字化設(shè)備應用經(jīng)驗，通過仿真分析、工藝參數(shù)試驗、工藝流程優(yōu)化、風險分析及預防、制孔方案改進等措施，提高驗證效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

我們來看看可以從這個新聞中分析出什么重要信息。

不斷擴展的自動鉆鉚技術(shù)

在大飛機領(lǐng)域，有統(tǒng)計說70%的飛機機體疲勞失效事故源于結(jié)構(gòu)連接部件的疲勞失效，其中又有80%的疲勞裂紋發(fā)生于連接孔處。傳統(tǒng)的手工制孔質(zhì)量一致性差，效率低，制孔精度難以保證，鉚接連接件的質(zhì)量受鉚接方法、鉚接干涉量及鉚釘種類等多種因素的影響。因此，隨自動控制技術(shù)的發(fā)展，在飛機蒙皮等壁板上采用自動打孔和鉚接得到廣泛應用，在批量生產(chǎn)的飛機當中已經(jīng)很少有采用手工制孔的部位，大部分都采用了自動鉆鉚技術(shù)。

A350飛機的壁板類零件的自動鉆鉚。

有資料顯示，手工鉆鉚效率平均為15s/釘、手工鉚接鐓頭高度公差為±0.5mm，而自動鉆鉚效率最快能達到3s/釘，公差能達到±0.05mm。自動鉆鉚的設(shè)備主要有龍門式、C型架式以及機器人自動鉆鉚系統(tǒng)等，這些形式的設(shè)備各有優(yōu)勢。國外自動鉆鉚設(shè)備主要公司有美國GEMCOR、Electroimpact、德國BROETJE、意大利B&C等，而經(jīng)過幾十年發(fā)展，自動鉆鉚設(shè)備已能夠自動完成定位、制孔、送釘、鉚接及檢測功能，也在幾乎所有商用飛機的生產(chǎn)中得到了廣泛應用。

國外自動鉆鉚設(shè)備主要供應商。

隨著國內(nèi)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)規(guī)模的增加，ARJ21、C919 等新飛機的研制與生產(chǎn)，在國內(nèi)自動鉆鉚技術(shù)也得到越來越多的應用。因為民用飛機的零件生產(chǎn)需要高度的程序化，對零件生產(chǎn)的一致性要求很高，而且還要保證足夠的生產(chǎn)效率，采用手工制孔和鉚接顯然已經(jīng)無法滿足商用飛機零件生產(chǎn)的需要，所以采用自動鉆鉚來實現(xiàn)高效率高質(zhì)量的生產(chǎn)。

Aritex公司用于C919的水平尾翼裝配線，其中就包括兩臺高精度自動鉆孔設(shè)備。

復合材料加工難在哪里

在C919的活動翼面上面，復合材料用量較高，而且有復材和金屬零件的機械連接，這就要求在復合材料和金屬壁板上同時打孔。而復合材料和金屬材料的性質(zhì)不同，對打孔的工藝要求也不同。復合材料結(jié)構(gòu)制孔易出現(xiàn)分層和偏心，需切削速度高、進給量小，這樣可以避免復合材料壁板的鉆孔出口后產(chǎn)生分層和毛刺。一般看來，在鉆頭轉(zhuǎn)速需求方面鈦合金<鋁合金<復合材料，而進給速度正相反，復合材料<鋁合金<鈦合金。因此，對于把復合材料壁板鉚接到金屬隔框上這類工藝，很難采用同一種工藝參數(shù)完成層疊板的鉆孔。以復合材料和鋁合金板材層疊為例，影響孔的質(zhì)量的主要因素是復合材料的板材制孔，因此為保證復合材料部分的產(chǎn)品質(zhì)量，通常采用高轉(zhuǎn)速、低進給的方式完成整個層疊板的鉆孔。雖然這樣的工藝在加工金屬部分時會增加刀具磨損并降低這一部分的加工效率，但在過去手工鉆孔時代也只能采用這種形式。

上述自動制孔生產(chǎn)線中所應用的機器人自動制孔系統(tǒng)。

隨著自動鉆鉚技術(shù)的普及，利用自動設(shè)備加工參數(shù)可控的特點，采用與疊層匹配的變參數(shù)的加工方式，即在制孔過程中可以針對每層不同的材料及厚度選擇相應的加工參數(shù)，以保證每種材料的板件都能使用最優(yōu)加工參數(shù)。還是以復材/鋁合金的層疊加工為例，自動控制的鉆鉚設(shè)備在鉆頭最初鉆入鋁板時采用適合鋁合金的參數(shù)，而在鉆頭刀尖接觸復合材料板材前切換為適合復材的參數(shù)，而在最終鉆出復材板零件前又調(diào)整為適合減少毛刺和分層的參數(shù)，最終可以取得比較滿意的鉆孔效果。

自動調(diào)節(jié)參數(shù)的自動制孔刀具加工過程。

這也是像C919這樣的飛機上復材和金屬機械連接形式的主要挑戰(zhàn)之一，而像本次C919活動翼面加工方式的探索，也是西飛的工程師團隊在有限的參考資料下，結(jié)合了多個型號的研制過程，而提出的一套自動制孔方案。

在C919上面應用這個工藝說明什么？

國內(nèi)過去對民機復合材料的研究還不夠深入，導致國內(nèi)自研民機型號很少有采用復合材料，復合材料部件的加工和裝配一般是在轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國外飛機當中有所采用。而在轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)包方通常只會提供工藝本身，而不會提供該工藝的形成因素，因此國內(nèi)對于生產(chǎn)的國外飛機部件生產(chǎn)只能是“知其然”，而不能“知其所以然”，難以用于指導國內(nèi)的民用飛機零件生產(chǎn)。

而西飛此次采用自動制孔生產(chǎn)線來生產(chǎn)C919的活動翼面并順利交付客戶，這標志著國內(nèi)面向民用飛機的自動制孔工藝已得到用戶認可，可以滿足民用飛機零件生產(chǎn)的效率高、一致性好的要求；而如果相關(guān)零部件的生產(chǎn)達到了可通過民用飛機生產(chǎn)認證的質(zhì)量水平，表明相關(guān)工藝也真正達到了技術(shù)成熟的階段。
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