摘要：自动钻铆技术掀起了飞机装配的新篇章，但是对于很多结构复杂、开敞性差的装配部件，钻孔样板的使用仍是解决装配钻孔偏差、提升效率的有效手段。本文通过立体钻孔样板设计制造研究，实现样板的精准定位，防错设计，降低了产品制造错误的风险，将以前复杂的工作进行了简化提升了人力资源利用效率，降低了不必要的人力成本。
关键词：立体钻孔样板，曲面展开技术，定位基准
1引言
随着MBD技术逐步成熟，国内外军民机的设计与制造发生了一次变革，飞机的生产与装配已经开始采用计算机和数控加工相结合的生产模式。世界各航空工业发达国家都已广泛采用自动钻铆技术，我国航空工业研制的新机种的性能、水平不断提高，自动钻铆技术也开始应用。但是技术还不够成熟，受人员、设备、资金等因素制约比较大，一直都在依赖工人手工划线作为主要的生产方式。这种传统的工作方式会经常出现图纸理解错误、基准不正确、划线偏差等问题，导致装配钻孔偏差或零件、部件报废，严重的影响工作效率和飞机的质量与性能。样板作为一种刚性量具，已由模拟量制造的互换协调基础转化为辅助制造和检验的工具，仍广泛应用于飞机零部件制造、检验和装配。
传统的样板主要为平面样板，能够满足一般零件的平面使用和检查，定位主要通过孔位定位和零件边缘定位，目视进行样板对齐使用和偏差判断。对于大量带曲度的零件部件装配或成品零件、管夹支臂与结构件装配，传统平面样板难以进行有效的尺寸检验和钻孔，限制了样板在曲面零件制造和装配中的使用范围，不利于精确钻孔。
本文结合飞机装配的特点，基于MBD技术创新思路，对于立体钻孔样板设计制造进行研究，优化钻孔样板的设计、制造方式，提高装配钻孔精度，提高生产效率。
2 立体钻孔样板设计
2.1总体思路
在CATIA环境下，进行装配结构分析，将需设计零件或组件的数学模型装配在同一CATProduct中，审查装配工艺要求的合理性及可行性，充分考虑钻孔样板的定位基准及工人的作业空间，在设计的过程中躲避零件本身凸起部分与其他相互装配零件，同时，对钻孔样板进行防错设计，增加定位装置，协调钻孔样板的技术参数，实现样板的精准定位，并进行防错设计，降低了产品制造错误的风险，将以前复杂的工作进行了简化提升了人力资源利用效率，降低了不必要的人力成本，降低了时间和人员的浪费90%以上。
2.2技术方案
由于立体样板主要用于钻孔样板等，从钻孔样板方面，首先需要保证样板材料的适用性，目前样板材料主要有δ1.5mm的20#冷轧钢板，由于钻孔样板需要贴合零件表面，理论上应该材料薄些更好。通过曲面展开技术设计模线，之后进行材料弯曲实验，δ1mm的20#冷轧钢板和δ1.2mm的LY12CZ铝板具有较好的刚性和塑性，适用于进行加工和钻孔。
从样板定位考虑，在样板的边缘增加定位装置，主要加强部分通过L型材或钢板弯折（长度=20mm）进行立体固定，型材厚度为δ1或δ2mm，采用铆接方式连接。根据样板长度在样板上安装数个定位块，将定位块与零件定位边进行贴合，可实现样板定位边快速定位，减少反复对齐过程。同时保证样板在靠近零件内R角处的定位，快速准确的贴合定位。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3立体钻孔样板制造
3.1 立体钻孔样板外缘加工
3.1.1平面样板外缘加工
激光切割样板技术以其短周期、高精度、易复制、制造数据易管理等先进特性取代了传统的手工生产方式。激光切割生产要求样板设计员提供切割数据，然后再经过优化处理并转化为激光切割程序即可驱动激光切割机进行生产。
3.1.2立体钻孔样板组合外缘加工
立体钻孔样板组合装配时，应严格符合设计图纸，确保定位面、定位边的准确性，工艺图中标注处由激光切割直接完成的尺寸，用于检验激光切割的准确性，立体钻孔样板需要保证的关键尺寸，需要样板钳工手工完成。样板工作边应光滑流线，与样板平面垂直，且无毛刺，表面粗糙度应达到Ra3.2 mm。
3.2立体钻孔样板定位
3.2.1立体钻孔样板定位基准
钻孔样板的定位基准按样板申请单执行，样板申请单无特殊要求时，按零、部件边缘定位，躲避处应打“非工作边”标记。钻孔样板应尽量给出主要的框、梁、长桁等理论轴线以及下陷线、铣切线等零部件特征线。对于立体钻孔样板的定位，通常需要增加定位角材，通过焊接或铆接的方式进行固定。样板使用时，定位角材能够有效提升样板的定位效率，保证快速准确定位。
3.2.2立体钻孔样板定位基准加工
立体钻孔样板铆接角材或定位板时，采用HB6316 120°沉头铆钉连接，并保证两面平整。样板焊接角材或定位板时，焊缝不应有气孔、夹渣和裂纹等缺陷，焊接后保证样板平整，焊缝附近深度超过0.3mm且面积大于10mm×15mm的凹坑在1m内不得超过四处。
3.3立体钻孔样板镶钻套
在立体钻孔样板设计过程中，经常会考虑装配空间问题，将样板设计成小补加或没有补加，对于这类样板在镶钻套过程中，由于钻套内径对样板孔位的挤压、工人的多次锤凿加工、孔位较多而应力变形等情况导致样板极易变形，孔位偏差，最终导致样板无法交检报废的问题。因此，手工镶嵌钻套应使用专用工具，用手锤配合安装，安装时应先将钻套放入孔中，然后用专用工具安装，安装时专用工具应垂直于样板表面。安装后，钻套与样板接合处不应有间隙，如安装后样板有变形应修复。
样板钻套有嵌入式、铆接式两个系列，在钻孔样板设计时，应在样板工艺图中工艺说明钻套类型及孔径。钻套选择应符合Q/1AGF-13.1和Q/1AT-90-2017的规定，通常情况下，铝制样板及长宽比大于2的钢制样板优先选用铆接式钻套。
3.4细长样板去补加加工技术
为了避免细长类钢制钻孔样板在镶嵌入式钻套过程中，由于挤压力作用会使样板变长或变形。设计员通常在激光编程时加相应补加，样板钳工在镶钻套后，将辅助补加去除，然后按照胶版检验，如果发现不一致之处进行适当的敲修，保证样板的外形及孔位正确。样板钳工在加工的过程中，应将不同材料、不同长宽比的细长样板钻套数量以及变形量进行详细记录，并及时发给设计人员，计算镶嵌每个钻套对样板长度的影响，得出合理的样板缩比值，保证样板孔位的精确切割和加工。
4 结论
4.1应用效果
立体钻孔样板通过在平面样板上增加定位装置，以及对平面样板进行弯曲，制造立体样板，保证样板的快速定位和准确使用。同时，作为标准的加工工具相对自动钻铆机直观、简便、经济，能够解决手工划线加工效率低，加工不准确等问题，拓展了样板的应用领域，具有工艺合理性及推广应用价值。
4.2质量效益
立体钻孔样板是直接应用于飞机关键重要零件的装配钻孔，确保了各项零件的钻孔准确性，降低了产品报废风险，保证了飞机节点顺利交付，同时为提升飞机质量制作出重要贡献。
4.3应用推广
后续立体钻孔样板会应用到更多机型的装配工作中，提高了零件钻孔精度，提高了钻孔效率，缩短零件加工周期，保证零件很好的通用性和互换性。
论文作者:方静
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/13
标签：样板论文; 钻孔论文; 零件论文; 加工论文; 飞机论文; 基准论文; 技术论文; 《防护工程》2019年10期论文;