基于密封要求的涂胶铆接装配工艺研究.pdf

制造技术研究 航天制造技术 25 基于密封要求的涂胶铆接装配工艺研究 叶春利 王世龙 章茂云 张普光 李 森 王 雷 （首都航天机械公司，北京 100076） 摘要：在运载火箭研制过程中，研究了有密封要求的铆接工艺，得出一种涂胶铆接工艺 方法。通过铆接试验优化制孔、涂胶、铆接、硫化等工艺，并在实际产品上实现了应用，验 证了其可靠性。 关键词：运载火箭；密封；涂胶铆接 Study on Glue Coating and Riveting Assembly Process based on Sealing Requirements Ye Chunli Wang Shilong Zhang Maoyun Zhang Puguang Li Sen Wang Lei (Capital Aerospace Machinery Company, Beijing 100076) Abstact： In the process of rocket development, a glue coating and riveting experiment was carried out to meet the sealing requirements. Products were made by optimizing the technological conditions of hole drilling, glue coating, riveting and vulcanizing, which proved the technology is reliable. Key words：carrier rocket；sealing；glue coating and riveting 1 引言 运载火箭产品研制过程中，对一些特殊功能部段 提出了较高的防热要求，在防热涂层的加压过程中要 求产品必须密封。普通铆接装配的方式无法满足密封 要求，其泄露主要原因是铆接产生的间隙，包括铆钉 与铆钉孔之间的间隙、零件贴合面之间的缝隙两种。 要求在这些航天部段壳体装配时采用密封铆接。 密封铆接是一种在铆缝处采用某种工艺方法，使 铆缝具有密封性的铆接方法。一般可分为干涉密封铆 接、缝内密封铆接、表面密封铆接、变形密封铆接及 混合密封铆接。涂胶密封铆接属于缝内密封铆接的一 种，即在铆接前将密封胶液放在被连接件之间及铆钉 与铆钉孔之间，使零件连接后的间隙堵塞，从而获得 密封的效果，是一种能同时消除零件间缝隙和铆钉孔 泄露的可靠密封形式。 在涂胶铆接中，密封剂的性能对密封效果起决定 性的作用。密封剂分为硫化型和非硫化型两种，非硫 化型密封剂也称为密封腻子。涂胶铆接所选用的密封 剂应满足以下要求：a.对被连接件具有较强的吸附性 （粘接性） ，在结构受力和产生变形的情况下也能保 证可靠地密封； b.具有较强的环境适应性和耐老化性， 要求和产品有同样的使用寿命； c.有良好的工艺性能， 保管期长，固化期适中，既能保证在固化期内完成铆 接，又不影响产品周转。 2 工艺流程及试验内容 2.1 工艺流程 根据运载火箭部段壳体产品的特点及对密封剂 的要求，选用脱醇型单组份室温硫化硅橡胶（GD414 Q/45090448-8.50-2010，以下简称 GD414 硅橡胶）作 为缝内密封剂。该胶具有如下特点：a.属于硫化胶， 具有优良的耐高低温（-50200） 、耐水、耐臭氧、 耐气候老化性，环境适应性强，对多种金属和非金属 材料具有良好的粘接性；b.GD414 硅橡胶为膏状体， 作者简介：叶春利（1986-） ，工程师，飞行器制造专业；研究方向：铆接装配技术。 收稿日期：2016-02-04 制造技术研究 2016 年 2 月第 1 期 26 能够有效填充被连接件之间及铆钉与铆钉孔之间的 间隙；c.室温硫化，对硫化环境要求较低；d.硫化后 形成弹性体，有一定韧性，因而具有一定的抗疲劳强 度，同时具有绝缘、防潮、防震功能；e.市面常见， 容易获取，且即涂即用，无需配制。 铆 钉 的 选 择 与 普 通 铆 接 相 同 ， 一 般 选 用 GB86786、GB86986 标准规定的铆钉，直径为 26mm，材质为铝合金 2A01 或 2A10，铆钉形式 为实心。铆钉长度 L 根据夹层厚度 而定，通常取 L=(1.21.4)d+，四舍五入进行修约。 采用本涂胶密封铆接装配工艺的工艺流程为：清 理零组件预装配制孔分解并清理零组件重 新组装零组件清洗铆钉涂密封胶放钉铆接 铆接故障排除清理余胶硫化。 2.2 试验内容 2.2.1 制孔 铆钉孔直径是涂胶密封铆接工艺控制的重要参 数。 铆钉孔径过大， 铆接后钉杆不能有效填充铆钉孔， 密封胶无法充满缝隙；铆钉孔径过小，则导致钉杆周 围胶膜较薄或填充不均匀。通过反复试验，确定涂胶 密封铆接工艺不同铆钉直径所需制出的对应的铆钉 孔直径如表 1 所示。 表 1 不同直径铆钉的钉孔直径 mm 铆钉直径 d 2 2.5 3 3.5 4 5 6 铆钉孔直径 d1 基本尺寸 2.1 2.6 3.1 3.6 4.2 5.2 6.2 极限偏差 +0.10 0 +0.12 0 +0.15 0 2.2.2 涂胶 利用硬板刷、刮刀、齿形刮棒、涂胶辊或齿形刮 板等涂胶工具，将密封胶涂在被铆接零件的贴合面 上。一般涂在尺寸较小的零件贴合面上，或涂在刚性 较大的零件贴合面上。涂胶时应沿同一方向操作，以 免因来回刮抹在胶层中形成气泡。若贴合面存在下 陷、转角、空洞等，应适当增加密封胶涂覆厚度。 GD414 硅橡胶的涂敷宽度应稍大于贴合面的宽度。 贴 合面存在较深空隙时，应先填充软质填料（如海棉、 海绵橡胶） 或用密封胶浸渍后填充， 再进行涂胶工序。 铆钉钉杆表面涂抹 GD414 硅橡胶后应采用旋入的方 式将铆钉放入铆钉孔内，保证铆钉与铆钉孔之间胶层 均匀。 涂胶量是涂胶密封铆接工艺的另一重要参数，直 接影响铆接后的密封质量。按使用部位不同，将其分 为铆钉与铆钉孔之间涂胶量和被连接件之间涂胶量 两类。 钉与铆钉孔之间涂胶量 铆钉与铆钉孔之间涂胶量过多，铆接后在铆钉头 和镦头（铆成头）部位胶液被大量挤出，影响产品表 面质量及其他表面特殊性能要求；涂胶量过小，则不 能充分填充铆钉杆与铆钉孔之间缝隙，形成有效密封 层，影响产品气密性。铆钉孔的涂胶量应至少保证钉 杆与铆钉孔间形成均匀胶膜，但不应使胶液溢出钉帽 和镦头。理想情况是在铆钉杆、铆钉头、铆成头与被 连接件贴合处均形成厚度均匀的胶膜。 针对不同铆钉直径的涂胶量大小如表 2 所示，具 体涂胶量需根据铆钉长度微调，所以胶铆前应进行工 艺试验，确定最适合的涂胶量。 表 2 不同直径铆钉涂胶量参数 铆钉直径 d/mm 2 2.5 3 3.5 4 5 6 涂胶量 Q/mg 理论值 10 15 20 25 30 35 40 极限偏差 3 5 被连接件之间涂胶量 被连接件之间涂胶量应保证在被连接件之间形 成可靠的密封，涂抹过量易导致铆接时胶液飞溅，增 加不必要的清理工作量。通常，涂胶量应保证在被连 接件贴合面之间形成 0.5mm 左右的密封层。 2.3 铆接 铆接可以分为锤铆（含正铆和反铆） 、压铆、抽 铆、拉铆、电磁铆等方式。由于运载火箭壳段产品的 结构复杂多变，选用适用性最强也最常使用的锤击铆 接方式（即锤铆） 。锤铆是在铆接过程中，用铆枪或 榔头锤击铆钉一侧，另一侧用顶把顶紧，利用间隙锤 击冲击力和顶铁的反作用力，使铆钉杆镦粗而形成镦 头（铆成头）的铆接方法。利用其他铆接方式涂胶密 封铆接可参考执行。 2.4 硫化 硫化时间指在温度 2035，相对湿度 50% 60%的条件下，当涂胶厚度为 2mm 时表面固化所需 要的时间。在此条件下，GD414 硅橡胶硫化时间一般 制造技术研究 航天制造技术 27 为 2h 左右，需在涂胶之后 1h 内完成铆接工作，晾置 时间过长会使 GD414 胶固化失效。GD414 胶铆接自 然硫化后产品如图 1 所示。 图1 GD414 胶铆接自然硫化产品 选用其它密封剂应满足以下硫化要求： a. 封剂一般应在室温下且湿度不超过 80%的条 件下自然硫化，不需要采取加速措施，考虑到对产品 自身特性的影响，尤其不应重复采用加热方式加速硫 化。 b. 当由于工序衔接需要必须加速硫化时， 应在密 封胶不粘期后，按密封胶硫化规范进行。一般可采取 的加速硫化方法有：提高环境（含结构上）温度；增 加环境湿度；用非接触方式加热结构和涂胶表面（如 红外线加热） ，但加热温度不得超过密封胶的工作温 度。一般加速硫化温度不应超过 50。 涂胶密封铆接完成后，应在密封胶的活性期内检 查涂敷质量，对存在缺陷的部位及时补胶或排除，必 要时允许部分铲除并重新涂胶铆接。密封胶一般不允 许溢出铆钉头及镦头表面，铆接完毕后，应及时清理 余胶。清理方法为使用干抹布擦除，不允许使用有机 溶剂处理多余密封胶。 对铆接部位的防护应注意三点：a.在未达到不粘 期的密封胶上方，不准进行钻孔、铰孔等操作；b.严 禁滥用溶剂和清洗剂，在未硫化的密封胶上禁止使用 溶剂。在硫化的密封胶上涂敷含溶剂的涂料前，须确 认所含溶剂对密封胶无损害；c.禁止踩踏或重压已硫 化的密封胶，必须在涂敷密封胶的部位上操作时，应 事先将金属屑等清理干净，并使用海绵橡胶等软垫覆 盖，操作人员应穿软底鞋和无扣衣服。 另外，由于 GD414 硅橡胶本身带有刺鼻气味， 操作者必须佩戴口罩、防毒面具等防护措施。对 GD414 硅橡胶过敏者不宜从事该项工作。 3 结束语 涂胶铆接后的质量可按铆接通用技术条件检查， 按设计文件要求采用试验方法检查涂胶密封铆接装 配的气密性。采用此方法的涂胶铆接产品，铆接一次 合格率达到 90%以上，检漏结果显示，平均漏率小于 110 -5Pam3/s。此项涂胶铆接工艺能够有效降低铆接 间隙泄露，满足一般密封要求，可靠性较高，可以为 新型结构设计提供工艺可行性研究数据。 参考文献 1 成钢， 李尧. 航天用 RTVGD414 硫化性能研究J. 真空与低温， 2013(1)： 5056 2 白冰如，拜明星. 飞机铆接装配与机体修理M. 北京：国防工业出版 社，2004. 1 * （上接第 6 页） 性能的影响J材料科学与工艺，2009，17(2)：244246 23 邓将华，李春峰，于海平电磁铆接钉杆长度对连接的影 响J福州大学学报（自然科学版） ，2010，38(6)：866 870 24 崔俊佳，孙立强，孟令博，等碳纤维连接结构钛合金铆 钉电磁铆接试验研究J锻压技术，2013，38(2)：47 52 25 邓将华，熊燕，詹艳然，等电磁铆接放电电压对 TB3 铆钉变形影响J塑性工程学报，2014，21(2)：124128 26 Perley W, Zieve P BLightweight HH503 handheld riveter EB/OL (2011-07-25) http: /www.ele-ctroimpact. com/.% 5Cresearch%5C2002-01-2631.pdf 27 刘晨昊，曹增强，盛熙基于 C7-636 的低压电磁铆接设 备控制系统J中