โลดโผนในการบิน: หลักการทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการ 'เย็บโลหะ' ของเครื่องบินในเครื่องบิน
กระบวนการโลดโผนในการผลิตเครื่องบินเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญ เหตุใดเครื่องบินจึงใช้กระบวนการโลดโผนแทนการเชื่อม? ในขั้นต้นมันเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับวัสดุการผลิต—วัสดุคอมโพสิตเช่นโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งไม่สามารถเชื่อมได้ง่าย เครื่องบินพุ่งทะลุท้องฟ้ามีความรับผิดชอบต่อความปลอดภัยและความไว้วางใจของผู้โดยสาร ข้อบกพร่องใด ๆ ในวัสดุการผลิตอาจนำไปสู่ผลกระทบที่ไม่สามารถวัดได้และอาจส่งผลกระทบต่อการดำเนินงานที่ปลอดภัยของเครื่องบินได้ตลอดเวลา
I. หลักการพื้นฐานและการจำแนกประเภทของกระบวนการโลดโผน
1. ขั้นพื้นฐาน P หลักการ
การโลดโผนเป็นวิธีการยึดเชิงกลที่เข้าร่วมงานหลายชิ้นโดยใช้หมุดย้ำ หมุดสร้างการเชื่อมต่อถาวรผ่านการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกและการถ่ายโอนโหลดผ่านการรบกวนที่พอดีระหว่างก้านหมุดและผนังรู กระบวนการโลดโผนมักเกี่ยวข้องกับการวางตำแหน่ง การตอก , ที่เจาะ , การขึ้นรูป และปล่อย หมุดย้ำผ่านการเสียรูปภายในรูหมุดเพื่อสร้างทั้งหัวหมุดและส่วนขยายดังนั้นจึงสร้างการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยระหว่างชิ้นงาน
กระบวนการโลดโผนของเครื่องบินจะถูกจัดประเภทเป็นหลักตามสามมิติต่อไปนี้:
1. ตามการควบคุมอุณหภูมิ:
- การโลดโผนเย็น: การโลดโผนจะดำเนินการที่อุณหภูมิห้องและเหมาะสำหรับหมุดเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 10 มม. เช่นเดียวกับโลหะที่ไม่ใช่เหล็กโลหะโลหะอ่อนและโลหะผสมที่มีพลาสติกที่ดี
- โลดโผนร้อน: การโลดโผนจะดำเนินการหลังจากให้ความร้อนหมุดย้ำถึงอุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจง โดยทั่วไปแล้วหมุดเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 10 มม. จะถูกทำให้ร้อน 1000–1100°C สำหรับการโลดโผนร้อนพร้อมแรงค้อนต่อหน่วยพื้นที่บนก้านหมุดตั้งแต่ 650 ถึง 800 MPa การโลดโผนร้อนให้ความหนาแน่นที่เหนือกว่าแม้ว่าช่องว่างจะยังคงอยู่ระหว่างก้านหมุดและรูหมุดย้ำป้องกันไม่ให้มันเข้าร่วมในการส่งกำลัง
2. ตามวิธีการโลดโผน:
- เริ่มแรกการโลดโผนด้วยตนเองดำเนินการโดยใช้ปืนหมุดเป็นหลักเป็นวิธีที่โดดเด่น ในขณะที่ใช้แรงงานมากมันให้ความยืดหยุ่นสูง
- ด้วยความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมการโลดโผนเชิงกลกลายเป็นวิธีการหลักโดยใช้อุปกรณ์โลดโผนพิเศษเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความสอดคล้อง
3. ตามประเภทหมุดย้ำ:
- หมุดที่เป็นของแข็ง: ประกอบด้วยโลหะทึบหมุดเหล่านี้มีความแข็งแรงและความทนทานที่ยอดเยี่ยมทำให้เป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในโครงสร้างเครื่องบิน
- หมุดกลวง: มีศูนย์กลวงหรือเป็นกลวงทั้งหมดหมุดเหล่านี้มีน้ำหนักเบากว่า แต่ให้ความแข็งแรงต่ำกว่าทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อที่โหลดเบา ๆ
- หมุดตาบอด: ติดตั้งจากด้านหนึ่งหมุดเหล่านี้เหมาะสำหรับการเข้าร่วมพื้นผิวที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ง่ายเช่นโครงสร้างภายในของปีก
II. การใช้งานเฉพาะของเทคโนโลยีโลดโผนในการผลิตเครื่องบิน
1. สถานการณ์แอปพลิเคชันและการเลือกหมุดย้ำ
การโลดโผนถูกใช้อย่างกว้างขวางในการผลิตเครื่องบินและใช้เป็นหลักกับโครงสร้างต่อไปนี้:
• โครงสร้างลำตัว: ลำตัวของเครื่องบินประกอบด้วยส่วนใหญ่ของลำตัวด้านหน้า, แกนกลางและส่วนหาง สกินและโครงสร้างลำตัวที่มีขนาดแตกต่างกันจะถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างปลอดภัยผ่านกระบวนการโลดโผน เครื่องบินผู้โดยสารขนาดกลางมีหมุดนับล้านอยู่ทั่วร่างกายในขณะที่แอร์บัส A380 มักใช้หมุดประมาณ 5 ล้านหมุด
• โครงสร้างปีก: ปีกทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาหลักของการยกสำหรับเครื่องบินและเป็นองค์ประกอบที่สำคัญสำหรับการโลดโผน หมุดที่ขอบชั้นนำของปีกเป็นชิ้นส่วนที่สามารถเคลื่อนย้ายได้และจะต้องเป็น countersunk ซึ่งหมายความว่าพื้นผิวจะต้องยังคงล้างด้วยผิวหลังจากการติดตั้ง ความล้มเหลวในการบรรลุเป้าหมายนี้อาจทำให้เกิดความปั่นป่วนในระหว่างการไหลเวียนของอากาศซึ่งนำไปสู่การใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น
• โครงสร้างหาง: หางประกอบด้วยโคลงแนวนอนและครีบแนวตั้งซึ่งควบคุมระดับเสียงและหันเหของเครื่องบิน ยังมีการเชื่อมต่อกันโคลงและการเคลื่อนย้ายพื้นผิวของหางยังเชื่อมต่อผ่านการโลดโผน
• การเชื่อมต่อวัสดุคอมโพสิต: เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตเป็นสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นของโครงสร้างเครื่องบิน (บัญชีสำหรับ 40–60% ในเครื่องบินไอพ่นที่ทันสมัย) เทคโนโลยีโลดโผนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อวัสดุคอมโพสิต วัสดุคอมโพสิตแสดงถึงความเป็นพลาสติกน้อยที่สุดและมีความไวต่อความเสียหายในระหว่างการโลดโผนจำเป็นต้องใช้เทคนิคการโลดโผนขั้นสูงและกระบวนการ
2. วัสดุหมุดและข้อกำหนด
การเลือกวัสดุและมาตรฐานข้อกำหนดสำหรับหมุดย้ำของเครื่องบินนั้นเข้มงวดเป็นพิเศษ ข้อกำหนดของวัสดุมีความเข้มงวดแค่ไหน? ยิ่งเข้มงวดกว่าส่วนประกอบการบินและอวกาศ!
ปัจจัยต่อไปนี้ได้รับการพิจารณาเป็นหลัก:
ประเภทวัสดุ:
- หมุดอลูมิเนียมอัลลอยด์: ตัวเลือกที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันน้ำหนักเบาส่วนใหญ่ใช้เพื่อเชื่อมต่อสกินเครื่องบิน
- หมุดโลหะผสมไทเทเนียม: ให้ความแข็งแรงสูงขึ้น (1100–1250 MPa) และความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่ามักใช้สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญเช่นอากาศ งานฝีมือ โครงสร้างเฟรมและอุปกรณ์เชื่อมโยงไปถึง
- หมุดสแตนเลส: ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและเหมาะสำหรับพื้นที่ที่สัมผัสกับความชื้นเป็นเวลานานหรือสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน
ความทนทานต่อมิติ:
- ความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง: หมุดอากาศยานต้องการความสอดคล้องในมิติที่สูงเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่นข้อกำหนดความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสำหรับหมุดในประเทศที่ใช้กับเครื่องบินขนาดใหญ่ในประเทศ C919 คือ 0 ถึง 0.05 มม. ซึ่งเทียบเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมแปดสิบแปด
- ความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรู: สำหรับการโลดโผนเย็นเส้นผ่านศูนย์กลางรูควรตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของหมุดหมุดในขณะที่การหมุดร้อนความร้อนความแตกต่างที่ใหญ่กว่าเล็กน้อยระหว่างรูและเส้นผ่านศูนย์กลางของก้าน
-ข้อกำหนดด้านความแข็งแรง: ความต้องการความแข็งแรงเฉพาะสำหรับหมุดอากาศยานสูงถึง 1100 MPa เทียบเท่ากับการรองรับน้ำหนัก 10 คันในพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร หมุดที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันสอดคล้องกับระดับความแข็งแรงที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นหมุดโลหะผสมไทเทเนียมมักจะแสดงความแข็งแรงของแรงเฉือนเกิน 2,500N
3. พารามิเตอร์กระบวนการและการควบคุมคุณภาพ
พารามิเตอร์กระบวนการและการควบคุมคุณภาพมีความสำคัญและต้องได้รับการพิจารณาอย่างพิถีพิถัน ความแตกต่าง 1 มม. อาจทำให้เครื่องบินสลายตัว กระบวนการโลดโผนของเครื่องบินต้องมีการควบคุมพารามิเตอร์ต่อไปนี้อย่างเข้มงวด: แรงดันโลดโผนความเร็วโลดโผนและแรงโลดโผน
ข้อกำหนดด้านคุณภาพการโลดโผนของเครื่องบินมีความเข้มงวดเป็นพิเศษโดยมีความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของหมุดที่ 0 ถึง 0.05 มม. หมุดตัวแรกจะต้องเหมือนกับหมุดย้ำที่ล้าน มาตรฐานระดับชาติและระดับนานาชาติกำหนดกฎระเบียบที่เข้มงวดเกี่ยวกับวัสดุหมุดขนาดมิติความแข็งแกร่งและข้อกำหนดอื่น ๆ