探析大直径高锁螺栓孔的钻制技术研究与应用

1 前言

波音公司的B747 系列产品， 因其庞大的载客量和载货量而闻名于世界，其机身结构也因此比其他机型复杂的多。本文研究的B747-400 客机改货机型的口框的所有骨架结构都是采用拼接形式，装配完成后重量达1800Kg，而和它外形尺寸、构造相近的B767-200 型改装口框，只有1000Kg。B747 口框所采用的紧固件数量和直径都远远大于其他飞机结构，特别是口框与机身对接的上下部主梁加强条带上，使用的是1/2、9/16直径的高锁螺栓。

2 现状

目前，该口框的装配过程中，对于上下部主梁的加强条带上的大号高锁螺栓孔一直采用手工钻制。大号高锁螺栓孔要通过多层零件，总夹层厚度为48～61mm。操作者使用风钻钻制该孔需要以下步骤：1) 按照明胶版进行排孔。2)钻1/8的孔。3)钻1/4和3/8的过渡孔。4)钻终孔。5)铰孔。

在扩孔和钻制终孔的过程中，频繁出现卡钻的现象，操作者不得不进行多次退刀和进刀， 导致孔径接近孔的上限值，个别孔甚至超差0.01mm～0.03mm。

3 新工具的研究

为提高高锁螺栓孔的钻制质量、同时降低劳动强度，该孔的钻制准备采用新工具来完成。相关人员对当前航空产品的装配工具进行调查、研究，提出3 种可选方案。

方案1：采用自动进给钻。优点：钻孔精度高、操作者劳动强度低。缺点：工具购买成本高，同时需要制作专用的钻模板以保证孔位准确度和精度，成本较大。

方案2：采用吸盘和风钻组合。优点：可以保证孔的垂直度，同时解放操作者使用垂直钻孔器的一只手，双手钻孔。缺点：吸盘价格较贵。经调查：其他飞机装配公司试用几次，但因价格而未完成最终采购、劳动强度未降低、孔径尺寸得不到保证。

方案3：采用磁力座钻。优点：可以保证孔径精度和垂直度、劳动强度低、成本低。缺点：需要制作简易工装，消除飞机蒙皮为铝结构不能吸附的因素、钻床笨重，操作不方便，需要手工对刀。

针对以上三种改进方案和目前采用的钻制方法在成本、效率、孔质量、劳动强度和整个改进过程的可操作性进行比较，对其优缺点进行量化分析。

结合以上的分析，最终决定采用方案3：选用磁力座钻。该方案即可提高孔质量、降低操作者劳动强度、提高效率，成本可接受，也方便操作。

4 新工具的应用

4.1 选购磁力座钻

磁座钻(magnetic drill)又称为磁力钻等， 属于手动电钻的一种，跟普通手动电钻相比磁座钻具有，精度高，垂直度好，安全性高，没有反作用力的优点。主要用于钢铁金属结构件钻孔，如不锈钢，钢板，H 型钢，角钢等型材上钻孔。适合于大型结构件，需要钻大孔的工件，是造船业、桥梁工程、采油平台、电厂维修、电力公司施工、铁路建筑等领域必不可少的专用设备。目前，航空企业中的工装制造、维修厂已普遍采用磁座钻。

磁座钻应用在飞机结构上钻孔的局限性： 动力为电动，给装配工作带来安全隐患。飞机结构为铝合金为主，需增加辅助装备才能达到吸附的目的，因此磁力座钻在飞机装配中并未得到广泛应用。为加强磁座钻的可操作性，简化对孔过程，选购一种通电后仍可对磁座钻进行微小调整的型号。选定德国锐科(RUKO)的RS30e。该磁座钻的技术参数如下：

磁性夹持力：20800N、功率：1840W、转速：60-470r/m(可任意调节)、重量：21.5kg、钻孔能力(普通麻花钻)：16mm、通电后微调范围：旋转20，前后7.5mm。

4.2 钻孔试验

为保证孔质量和确定钻孔次数， 使用两层总厚度为52mm的铝板进行钻孔试验。钻孔过程分两种：a：手工钻制3.2 的导孔直接扩孔至终孔尺寸后铰孔;b： 手工钻制3.2 的导孔-扩孔至6.4 的中间孔-扩至终孔-铰孔。检验员目视检查孔壁质量，无法区别是哪种方式钻制的终孔，其孔壁质量都可达到图纸和规范要求。测量两组的孔径也没有明显区别，其孔径大都分布在孔径公差带的中间位置。根据此次试验的数据， 使用磁座钻来钻制9/16和1/2的高锁螺栓孔，完全可以满足工程图纸要求。

5 效果验证

在飞机口框上钻制前5 个高锁螺栓孔的过程中，检验员对孔壁质量和孔径进行逐一检查和测量，其结果完全符合规范要求。所有孔完成后，检验员使用通-止规对170 个孔的直径和垂直度进行检查以及目视检查孔壁质量，所有孔径和孔壁质量均满足要求。由上两表可以看出，钻孔时间并没有明显降低，但使用磁座钻以后，工人的劳动强度得到大大降低，因此也避免了因过度劳累导致的孔径超差现象。同时，孔径范围和孔壁质量得到很好的控制。

6 结语

通过本文的研究和应用分析发现，在其他行业已普遍采用的磁力座钻， 使用合适的辅助和支撑设备解决磁力和重量的局限性，就可应用到飞机装配过程中，发挥其稳定、功率大等优点。