西飛C919活動(dòng)翼面自動(dòng)制孔生產(chǎn)線完成首架機(jī)應(yīng)用驗(yàn)證

近日，由航空工業(yè)西飛首次采用C919活動(dòng)翼面自動(dòng)制孔生產(chǎn)線加工的C919飛機(jī)4個(gè)活動(dòng)面順利交付客戶，標(biāo)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(jī)提速增效奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。C919活動(dòng)翼面復(fù)材應(yīng)用多、尺寸大、疊層厚，產(chǎn)品加工難度大，西飛尚未有對(duì)大尺寸復(fù)合材料活動(dòng)翼面自動(dòng)制孔的經(jīng)驗(yàn)。為此，西飛機(jī)翼裝配廠數(shù)字化團(tuán)隊(duì)成立了活動(dòng)翼面自動(dòng)制孔專項(xiàng)攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，對(duì)機(jī)器人制孔壓緊力、進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)加工參數(shù)不斷進(jìn)行探索和驗(yàn)證，形成定制化加工方案。攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)解決了復(fù)合材料容易分層、劈裂以及進(jìn)給速度慢導(dǎo)致加工效率低的問題。他們積極學(xué)習(xí)前期數(shù)字化設(shè)備應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，通過仿真分析、工藝參數(shù)試驗(yàn)、工藝流程優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)分析及預(yù)防、制孔方案改進(jìn)等措施，提高驗(yàn)證效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

我們來看看可以從這個(gè)新聞中分析出什么重要信息。

不斷擴(kuò)展的自動(dòng)鉆鉚技術(shù)

在大飛機(jī)領(lǐng)域，有統(tǒng)計(jì)說70%的飛機(jī)機(jī)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(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，在飛機(jī)蒙皮等壁板上采用自動(dòng)打孔和鉚接得到廣泛應(yīng)用，在批量生產(chǎn)的飛機(jī)當(dāng)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(dòng)鉆鉚技術(shù)。

A350飛機(jī)的壁板類零件的自動(dòng)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(dòng)鉆鉚效率最快能達(dá)到3s/釘，公差能達(dá)到±0.05mm。自動(dòng)鉆鉚的設(shè)備主要有龍門式、C型架式以及機(jī)器人自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)等，這些形式的設(shè)備各有優(yōu)勢(shì)。國(guó)外自動(dòng)鉆鉚設(shè)備主要公司有美國(guó)GEMCOR、Electroimpact、德國(guó)BROETJE、意大利B&C等，而經(jīng)過幾十年發(fā)展，自動(dòng)鉆鉚設(shè)備已能夠自動(dòng)完成定位、制孔、送釘、鉚接及檢測(cè)功能，也在幾乎所有商用飛機(jī)的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。

國(guó)外自動(dòng)鉆鉚設(shè)備主要供應(yīng)商。

隨著國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)規(guī)模的增加，ARJ21、C919 等新飛機(jī)的研制與生產(chǎn)，在國(guó)內(nèi)自動(dòng)鉆鉚技術(shù)也得到越來越多的應(yīng)用。因?yàn)槊裼蔑w機(jī)的零件生產(chǎn)需要高度的程序化，對(duì)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(jī)零件生產(chǎn)的需要，所以采用自動(dòng)鉆鉚來實(shí)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(tái)高精度自動(dòng)鉆孔設(shè)備。

復(fù)合材料加工難在哪里

在C919的活動(dòng)翼面上面，復(fù)合材料用量較高，而且有復(fù)材和金屬零件的機(jī)械連接，這就要求在復(fù)合材料和金屬壁板上同時(shí)打孔。而復(fù)合材料和金屬材料的性質(zhì)不同，對(duì)打孔的工藝要求也不同。復(fù)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(jìn)給量小，這樣可以避免復(fù)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(fù)合材料，而進(jìn)給速度正相反，復(fù)合材料<鋁合金<鈦合金。因此，對(duì)于把復(fù)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(fù)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(fù)合材料的板材制孔，因此為保證復(fù)合材料部分的產(chǎn)品質(zhì)量，通常采用高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給的方式完成整個(gè)層疊板的鉆孔。雖然這樣的工藝在加工金屬部分時(shí)會(huì)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(shí)代也只能采用這種形式。

上述自動(dòng)制孔生產(chǎn)線中所應(yīng)用的機(jī)器人自動(dòng)制孔系統(tǒng)。

隨著自動(dòng)鉆鉚技術(shù)的普及，利用自動(dòng)設(shè)備加工參數(shù)可控的特點(diǎn)，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(duì)每層不同的材料及厚度選擇相應(yīng)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(fù)材/鋁合金的層疊加工為例，自動(dòng)控制的鉆鉚設(shè)備在鉆頭最初鉆入鋁板時(shí)采用適合鋁合金的參數(shù)，而在鉆頭刀尖接觸復(fù)合材料板材前切換為適合復(fù)材的參數(shù)，而在最終鉆出復(fù)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(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的自動(dòng)制孔刀具加工過程。

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

在C919上面應(yīng)用這個(gè)工藝說明什么？

國(guó)內(nèi)過去對(duì)民機(jī)復(fù)合材料的研究還不夠深入，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)自研民機(jī)型號(hào)很少有采用復(fù)合材料，復(fù)合材料部件的加工和裝配一般是在轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國(guó)外飛機(jī)當(dāng)中有所采用。而在轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)包方通常只會(huì)提供工藝本身，而不會(huì)提供該工藝的形成因素，因此國(guó)內(nèi)對(duì)于生產(chǎn)的國(guó)外飛機(jī)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(dǎo)國(guó)內(nèi)的民用飛機(jī)零件生產(chǎn)。

而西飛此次采用自動(dòng)制孔生產(chǎn)線來生產(chǎn)C919的活動(dòng)翼面并順利交付客戶，這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)面向民用飛機(jī)的自動(dòng)制孔工藝已得到用戶認(rèn)可，可以滿足民用飛機(jī)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(dá)到了可通過民用飛機(jī)生產(chǎn)認(rèn)證的質(zhì)量水平，表明相關(guān)工藝也真正達(dá)到了技術(shù)成熟的階段。
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