Riveting in Aviation: il principio di ingegneria dietro il processo di "cucitura metallica" dell'aeromobile in aereo
Il processo avvincente nella produzione di aeromobili è una tecnologia critica. Perché gli aeromobili utilizzano il processo di rivettamento anziché la saldatura? In primo luogo, è strettamente legato ai materiali di produzione—Materiali compositi come leghe di alluminio, che non sono facilmente saldati. Gli aeromobili si alzano nel cielo, con la responsabilità della sicurezza e della fiducia dei passeggeri. Qualsiasi difetto nei materiali di produzione potrebbe portare a conseguenze incommensurabili e potenzialmente compromettere il funzionamento sicuro dell'aeromobile in qualsiasi momento.
I. Principi di base e classificazione dei processi avvincenti
1. Di base P Principi
Il rivettamento è un metodo di fissaggio meccanico che unisce più pezzi utilizzando i rivetti. I rivetti creano connessioni permanenti attraverso la deformazione in plastica e il trasferimento di carichi tramite l'interferenza si adatta tra il gambo del rivetto e la parete del foro. Il processo di rivettamento prevede in genere il posizionamento, timbratura , Piercing , formazione e rilascio. Il rivetto subisce una deformazione all'interno del foro del rivetto per formare sia una testa di rivetta che una sezione ampliata, stabilendo così una connessione sicura tra i pezzi.
I processi di rivettatura degli aeromobili sono classificati principalmente in base alle tre dimensioni seguenti:
1. Secondo il controllo della temperatura:
- Riveting a freddo: il rivettamento viene eseguito a temperatura ambiente ed è adatto per rivetti in acciaio con diametri inferiori a 10 mm, nonché metalli non ferrosi, metalli leggeri e leghe con buona plasticità.
- Riveting caldo: il rivettamento viene condotto dopo aver riscaldato i rivetti a una temperatura specifica. In genere, i rivetti in acciaio con diametri superiori a 10 mm vengono riscaldati 1000–1100°C per il rivettamento a caldo, con una forza di martello per unità di area sul rivetto che va da 650 a 800 MPa. Hot Riveting fornisce una tenuta superiore, sebbene rimanesse uno spazio tra l'asta del rivetto e il foro del rivetto, impedendo che partecipa alla trasmissione di forza.
2. Secondo il metodo avvincente:
- Inizialmente, il rivettamento manuale, principalmente eseguito usando pistole a rivet, era il metodo dominante. Sebbene sia ad alta intensità di lavoro, ha offerto un'elevata flessibilità.
- Con i progressi industriali, il rivettamento meccanico è diventato l'approccio principale, utilizzando apparecchiature rivettanti specializzate per migliorare l'efficienza e la coerenza.
3. Secondo il tipo di rivetta:
- Rivet solidi: composti da metallo solido, questi rivetti presentano una resistenza e una durata eccellenti, rendendoli il tipo più utilizzato nelle strutture degli aeromobili.
- Rivet cavi: con un centro vuoto o essendo completamente cavi, questi rivetti sono di peso più leggeri ma offrono una resistenza inferiore, rendendoli adatti a connessioni leggermente caricate.
- Rivet ciechi: installati da un lato, questi rivetti sono ideali per unire le superfici che non sono facilmente accessibili, come la struttura interna di un'ala.
II. Applicazioni specifiche della tecnologia rivettatura nella produzione di aeromobili
1. Scenari di applicazione e selezione del rivetto
Il rivettamento è ampiamente utilizzato nella produzione di aeromobili e viene applicato principalmente alle seguenti strutture:
• Struttura della fusoliera: la fusoliera di un aereo è costituita principalmente dalla sezione di fusoliera anteriore, fusoliera e coda. Le skin e le strutture di fusoliera di dimensioni variabili sono unite in modo sicuro attraverso il processo di rivettatura. Un aereo passeggeri di medie dimensioni contiene milioni di rivetti in tutto il suo corpo, mentre un Airbus A380 impiega in genere circa 5 milioni di rivetti.
• Struttura dell'ala: l'ala funge da fonte primaria di sollevamento per l'aeromobile ed è un componente critico per il rivettamento. I rivetti sul bordo anteriore dell'ala sono parti mobili e devono essere contrastanti, il che significa che la superficie deve rimanere a filo con la pelle dopo l'installazione. La mancata raggiungimento di ciò può causare turbolenza durante il flusso d'aria, portando ad un aumento del consumo di carburante.
• Struttura della coda: la coda comprende uno stabilizzatore orizzontale e una pinna verticale, che controllano il passo dell'aeromobile e il imbardata. Anche le superfici di controllo dello stabilizzatore e di controllo mobili della coda sono collegate tramite rivettatura.
• Collegamento del materiale composito: poiché i materiali compositi costituiscono una percentuale crescente di strutture di aeromobili (tenuta conto 40–60% nei moderni jet da combattimento), la tecnologia avvincente è particolarmente vitale per le connessioni di materiale composito. I materiali compositi presentano una plasticità minima e sono suscettibili ai danni da impatto durante la rivettamento, che richiedono tecniche e processi avanzati
2. Materiali e specifiche del rivetto
Gli standard di selezione e specifica dei materiali per i rivetti dell'aeromobile sono eccezionalmente rigorosi. Quanto sono rigorosi i requisiti del materiale? Ancora più rigoroso di quelli per i componenti aerospaziali!
I seguenti fattori sono considerati principalmente:
Tipo di materiale:
- Rivet in lega di alluminio: la scelta preferita per applicazioni leggere, utilizzata principalmente per collegare le pelli degli aeromobili.
- rivetti in lega di titanio: offrire una forza più alta (1100–1250 MPa) e resistenza alla corrosione superiore, in genere impiegate per componenti critici come l'aria mestiere Strutture di cornice e carrello di atterraggio
- rivetti in acciaio inossidabile: Fornire un'eccellente resistenza alla corrosione e sono adatti per le aree esposte a umidità prolungata o ambienti corrosivi.
Tolleranza dimensionale:
- Tolleranza del diametro: i rivetti dell'aeromobile richiedono una consistenza dimensionale eccezionalmente alta. Ad esempio, il requisito di tolleranza al diametro per i rivetti domestici utilizzati sul velivolo di grandi dimensioni C919 è da 0 a 0,05 mm, il che equivale a un ottantesimo diametro di un capelli.
- Tolleranza del diametro del foro: per il rivettamento a freddo, il diametro del foro dovrebbe corrispondere da vicino al diametro del gambo del rivetto, mentre per il rivettamento a caldo, è consentita una differenza leggermente più grande tra il foro e i diametri del gambo.
-Requisiti di resistenza: il requisito di resistenza specifico per i rivetti degli aeromobili è fino a 1100 MPa, equivalente a sostenere il peso di 10 auto su un'area di 1 quadrata centimetro. I rivetti realizzati con materiali diversi corrispondono a livelli di resistenza diversi. Ad esempio, i rivetti in lega di titanio presentano in genere punti di forza di taglio superiori a 2500N.
3. Parametri di processo e controllo di qualità
I parametri di processo e il controllo di qualità sono fondamentali e devono essere meticolosamente considerati. Una differenza di 1 mm può causare la disintegrazione dell'aeromobile. Il processo di rivettatura dell'aeromobile richiede un controllo rigoroso dei seguenti parametri: pressione avvincente, velocità di rivettatura e forza di rivettatura.
I requisiti di qualità che rivettano gli aeromobili sono eccezionalmente rigorosi, con una tolleranza a diametro del rivetto da 0 a 0,05 mm. Il primo rivetto deve essere identico al milionesimo rivetto Gli standard nazionali e internazionali impongono regolamenti rigorosi su materiali, dimensioni, resistenza e altre specifiche di rivetti.