飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修引孔定位工藝方法研究

劉儒軍

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

0 引言

在國(guó)內(nèi)外民用飛機(jī)維修及軍用飛機(jī)維修領(lǐng)域，飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)作為承載體，不可避免會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂紋，而結(jié)構(gòu)裂紋的維修便成為飛機(jī)維修的一項(xiàng)主要工作內(nèi)容。目前航空維修領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)裂紋維修主要采用損傷零件換新、損傷區(qū)域貼補(bǔ)或挖補(bǔ)加強(qiáng)等原位維修方式[1-2]，維修時(shí)需要利用原機(jī)螺栓孔、鉚釘孔等在換新件、加強(qiáng)件上標(biāo)記出新的定位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)引新孔。孔定位精度、制作精度是影響結(jié)構(gòu)件疲勞壽命的關(guān)鍵因素[3-4]。

常規(guī)的手工引孔方法往往受到引孔定位方法、工具尺寸、工具精度及作業(yè)區(qū)域空間等因素的影響，導(dǎo)致引孔定位精度低，甚至無(wú)法有效引孔。由于設(shè)備體積大、成本造價(jià)高、使用復(fù)雜等原因，先進(jìn)的引孔定位技術(shù)（如機(jī)器視覺(jué)、磁場(chǎng)、激光等[5-9]不能在機(jī)上普遍應(yīng)用。針對(duì)上述引孔難題，分析各類作業(yè)空間特點(diǎn)，對(duì)比常規(guī)引孔方法，研究形成新型孔引定位工藝方法及其工具，解決維修難題。

1 常規(guī)引孔定位方法

1.1 劃針引孔定位

劃針引孔定位也是一種常規(guī)的引孔方法，操作時(shí)首先將加強(qiáng)件緊貼在機(jī)體結(jié)構(gòu)件上，劃針從機(jī)體結(jié)構(gòu)件另一側(cè)伸入原機(jī)孔中繞原機(jī)孔旋轉(zhuǎn)，即在加強(qiáng)件上留下痕跡，取下加強(qiáng)件，按劃針痕跡即可鉆制新孔。該類方法快速有效，缺點(diǎn)是劃針痕跡不規(guī)則，按照痕跡鉆孔時(shí)無(wú)法精確定位中心點(diǎn)，導(dǎo)致鉆孔位置偏差，需要后期糾偏，該種引孔定位方式適用于配合精度不高的區(qū)域。

1.2 常規(guī)引出線引孔定位

針對(duì)維修區(qū)域?yàn)槠矫娴认鄬?duì)平整區(qū)域，當(dāng)新加強(qiáng)件外形為平整表面時(shí)，可采用引出線引盲孔方式解決。其依據(jù)如圖1所示，是根據(jù)兩條交叉線確定一個(gè)交點(diǎn)，且交叉線可無(wú)限延伸交點(diǎn)位置不變的工藝原理實(shí)現(xiàn)的。

圖1 十字引出線原理

其具體操作步驟是：首先采用直線尺在機(jī)體表面原機(jī)孔中心點(diǎn)上畫出十字引出線，然后安裝加強(qiáng)件并固定，根據(jù)畫出的十字引出線，在加強(qiáng)件表面回引出十字線交叉點(diǎn)，該點(diǎn)即為原機(jī)孔的同心點(diǎn)。

1.3 透孔夾引孔定位

針對(duì)損傷區(qū)處于封閉區(qū)域且加強(qiáng)件厚度較薄（小于3 mm）的蒙皮換新修理或加強(qiáng)修理，可采用透孔夾引孔定位。透孔夾示意圖如圖2所示，它包括定位板、引孔板、定位點(diǎn)及引孔圓。其工作時(shí)，首先掀開(kāi)新蒙皮，將透孔夾定位板放入機(jī)體與新蒙皮夾縫間，凸起的定位點(diǎn)插入原機(jī)孔，按壓新蒙皮外側(cè)的引孔板與新蒙皮貼合，畫筆通過(guò)引孔板上的引孔圓即可標(biāo)記出與原機(jī)孔同心的孔。該種方法簡(jiǎn)捷、高效，但精度較低。

圖2 透孔夾示意圖

2 新型引孔定位方法研究

2.1 新型引出線引孔定位方法

上文提到的常規(guī)引出線引孔定位，在采用直線尺在原機(jī)孔中心點(diǎn)畫線時(shí)存在中心點(diǎn)無(wú)法有效識(shí)別的難題，導(dǎo)致引孔精度較低。基于該問(wèn)題設(shè)計(jì)引出線自適應(yīng)定位工具，實(shí)現(xiàn)原機(jī)孔中心點(diǎn)的自動(dòng)找正及快速畫線。引出線自適應(yīng)定位工具如圖3所示，主要由兩部分組成，一是中心帶畫線槽的直線尺，二是可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性定位的定位器。

圖3 引出線自適應(yīng)定位工具

該定位器尖端成錐形。在進(jìn)行引出線引孔時(shí)，首先確保直線尺兩端與機(jī)體表面貼合，把引出線自適應(yīng)定位工具的自適應(yīng)定位器錐形端頭插入機(jī)體表面原機(jī)孔中，直至錐形端頭與原機(jī)孔完全貼合，直線尺保持不動(dòng)，使用畫筆沿直線尺畫線槽在機(jī)體表面畫線（畫線確保伸出加強(qiáng)件邊緣），把直線尺繞定位器所在的原機(jī)孔旋轉(zhuǎn)任意角度，再次使用畫筆沿直線尺畫線槽在機(jī)體表面畫線（畫線確保伸出加強(qiáng)件邊緣）。試安裝加強(qiáng)件并固定，根據(jù)之前畫出的兩條引出線，在加強(qiáng)件表面回引出交叉線，交叉點(diǎn)即為原機(jī)孔的同心點(diǎn)。

2.2 打點(diǎn)器引孔定位

打點(diǎn)器引孔定位分為主動(dòng)式敲擊打點(diǎn)器引孔定位及被動(dòng)式引孔定位。如圖4所示，主動(dòng)式引孔定位使用的打點(diǎn)器通常制作成與原機(jī)孔直徑為間隙配合的光桿，打點(diǎn)器端部中心有定位凸起點(diǎn)，使用時(shí)把打點(diǎn)器帶有定位點(diǎn)的一端放入原機(jī)孔，使用榔頭輕輕敲擊打點(diǎn)器另一端，即在加強(qiáng)件上留下印記，即為原機(jī)孔同心點(diǎn)。

圖4 主動(dòng)敲擊打點(diǎn)器引盲孔

如圖5所示，被動(dòng)敲擊打點(diǎn)器引孔定位時(shí)操作使用的打點(diǎn)器模擬螺栓外形，打點(diǎn)器定位點(diǎn)位于端帽處中心。首先把打點(diǎn)器放入原機(jī)孔，加強(qiáng)件緊貼機(jī)體結(jié)構(gòu)表面安裝并固定，使用橡膠榔頭在打點(diǎn)器上部敲擊加強(qiáng)件，在撞擊力的作用下打點(diǎn)器定位點(diǎn)在加強(qiáng)件上留下印痕，即為原機(jī)孔同心點(diǎn)。

圖5 被動(dòng)敲擊打點(diǎn)器引盲孔

主動(dòng)式敲擊打點(diǎn)器引孔定位及被動(dòng)式引孔定位的優(yōu)勢(shì)在于引孔定位穩(wěn)定性好、精度高，可實(shí)現(xiàn)批量引孔。同時(shí)主動(dòng)式敲擊打點(diǎn)器引孔定位適用于內(nèi)部相對(duì)開(kāi)敞的區(qū)域，而被動(dòng)式引孔定位可滿足封閉區(qū)域的高精度引孔定位。

2.3 磁鐵引孔定位

磁鐵引孔定位適用于機(jī)體結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)件為非鐵磁性材料，其工作原理是根據(jù)磁鐵異性相吸的原理，如圖6、圖7所示，把鐵磁定位引孔器套管及定位磁鐵制造成圓柱體，根據(jù)原機(jī)孔徑選擇相配合的定位磁鐵放入原機(jī)孔中，試裝配好加強(qiáng)件，把鐵磁定位引孔器放在加強(qiáng)件上表面，鐵磁定位引孔器與定位磁鐵因異性相吸原理而自動(dòng)找正，按下標(biāo)記筆即可在加強(qiáng)件上留下標(biāo)記點(diǎn)。

圖6 磁鐵定位引孔器引孔示意圖

圖7 磁鐵定位引孔器剖面示意圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

模擬飛機(jī)結(jié)構(gòu)及其材料，使用鋁板制作6組試驗(yàn)樣本及加強(qiáng)件，樣本尺寸為200 mm×200 mm×3 mm，加強(qiáng)件尺寸為160 mm×160 mm×3 mm。首先按照結(jié)構(gòu)件機(jī)械裝配通用要求在樣本1～樣本6中間160 mm×160 mm范圍內(nèi)分布鉆制25個(gè)φ8H9孔。各組樣本及加強(qiáng)件引孔定位方式見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)列表

3.2 實(shí)施過(guò)程

在樣本1上，按照劃針引孔定位方法在加強(qiáng)件1上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm；在樣本2上，按照常規(guī)引出線引孔定位方法在加強(qiáng)件2上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm；在樣本3上，按照透孔夾引孔定位方法在加強(qiáng)件3上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm；在樣本4上，按照新型引出線引孔定位方法在加強(qiáng)件4上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm；在樣本5上，按照打點(diǎn)器引孔定位方法，在加強(qiáng)件5上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm；在樣本6上，按照磁鐵引孔定位方法在加強(qiáng)件6上引出25個(gè)新孔定位點(diǎn)并使用臺(tái)鉆鉆制到φ8 mm。

分別把樣本及對(duì)應(yīng)的加強(qiáng)件重疊固定，使用塞規(guī)從樣本一側(cè)插入孔中，檢測(cè)通過(guò)率。

3.3 對(duì)比情況

試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用打點(diǎn)器引孔定位合格率達(dá)到96%，新型引出線引孔定位、磁鐵引孔定位合格率達(dá)到92%，而常規(guī)引出線引孔定位一次合格率僅有56%，在實(shí)際使用中使用常規(guī)引出線引孔定位時(shí)需進(jìn)行糾偏處理，才能保證終孔合格。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用打點(diǎn)器引孔定位、新型引出線引孔定位、磁鐵引孔定位等新型引孔定位方式精度明顯高于常規(guī)引孔定位方式。

表2 試驗(yàn)情況

通過(guò)線性圖展現(xiàn)上述6種引孔定位方法合格情況對(duì)比，如圖8所示。

圖8 引孔定位方法合格情況對(duì)比

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)修理加強(qiáng)時(shí)引孔位置、材質(zhì)、空間等因素的分析，對(duì)照常規(guī)引孔定位方法，形成新型引孔定位工藝方法，設(shè)計(jì)或改造獨(dú)特的引孔工具，可實(shí)現(xiàn)各類疑難部位的機(jī)上精準(zhǔn)、快速引孔定位，確保飛機(jī)維修質(zhì)量。