11 钣金加工(景黎明)

11钣金加工景黎明钣金加工构成飞机结构的材料有很多木料、合金钢、铝合金、各种复合材料，这些材料又通过连接件螺接、胶粘、焊接、铆接连接起来，当飞机结构出现了不同种类的损坏时，就需要对飞机结构进行修理，根据所修理材料、位置、受力的不同，这些修理采用了不同的方法。钣金加工就是其中一种，是对飞机上金属的板材、梁架结构等结构件进行加工和修理的一种方法。修理一架飞机各种结构的方法很多，而且还有多种形式，目前还未发现能够适用于各种情况的一套专用的修理模式。因为作用在飞机不同构件上的设计载荷并不都是已知的，因此修理某一损伤截面的问题一般是通过在强度、材料和尺寸复制原构件来解决。钣金加工也不例外，它是将飞机上的铝合金构件在破损后，完成了相应的修理和去除腐蚀产物、清理受损区域后，对金属结构件进行止裂、防护、补强、拆换的一种方法。这里所讨论的修理是用于飞机结构修理中的钣金部分，并且包括介绍一些有关操作。关于专门修理的准确资料，须查阅飞机生产厂的相关手册。第一节构件修理的基本原则1保持原构件的强度做任何一种修理时，一般必定要求保持原结构的强度，这就要求必须遵守某些基本原则。例如加强补片的横截面积应等于或大于原构件损伤的横截面积。如果构件承受压缩或弯曲载荷，为保证构件能承受更高的载荷，应在构件的外侧拼接。如果不能在构件外侧拼接，使用的材料应比原构件材料具有更高的强度。为减少从切口边角上开始断裂的可能性，防止应力集中，要尽力设法把边角倒成圆形或椭圆形。必须采用矩形切口时，应在矩形切口的每一个角上倒成半径不小于1/2英寸的圆角。对已皱或弯曲构件的任何一种更换或加强，通常是在损伤面上补一块板。当然，用于全部更换和加强的材料应和原构件的材料相同。如果必须用某种比原构件材料弱的金属去代替，为保证截面等强度，应采用较厚的材料。决不可采用相反的办法，即采用比原构件较薄而强度较大的材料去代替。这种明显的前后矛看是因为一种材料的抗拉强度有可能比另外一种材料高，但抗压强度却比较低，反过来也是一样。例如，下面是2024T和2024T80铝合金机械性能的比较。如果用2024T80去代替2024T，除非是容许降低抗压强度，否则代替材料一定要厚一些。反过来，如果用2024T去代替2024T80，除非容许降低抗拉强度，否则代替材料也一定要厚一些。类似的许多薄金属和管形件的弯曲和扭转强度主要是根据厚度而定，而不是许用的压缩和剪切强度。当必须进行成型加工时应特别注意，热处理和冷处理加工的合金那怕是轻微的弯曲变形也可能出现裂纹。另一方面，软合金虽然容易加工，但用在主要受力结构上不坚固。强合金可在它们的退火状态中加工，并在装配前作热处理以提高它们的强度。由于某种原因，如果给金属退火不方便，可按常规作法加热后淬火，并在时效硬化开始时加工。淬火后约在一个半小时内完成加工，否则材料将变得太硬以致无法加工。对任何一种修理，在机翼上铆钉的尺寸可参考内侧相邻一排纵向平行排列的生产时用的铆钉，在机身上的则参考前一排的生产时用的铆钉，来确定其大小。以前常用的另一种确定铆钉尺寸的方法是，蒙皮的厚度乘以3并与原来形状相似的大一号的铆钉。例如，若蒙皮1厚度是0040英寸，004030120英寸，那么采用铆钉的寸尺应是1/8英寸0125英寸。飞机构件上所有的人工修理，需在裂缝的一侧铆上一定数量的铆钉，以恢复原构件的强度。铆钉数量应根据原构件的厚度和损坏尺寸来定。可参考生产时所采用的相似的拼接方法来确定铆钉、螺钉或其他紧固件的数量，或利用下面的公式计算裂缝一侧的铆钉数KLT75000S或B式中K裂缝一侧的铆钉数单位个；L裂缝最长方向长度或沿着损坏截面的一般应力的垂直方向测量裂缝的长度单位英寸；T材料厚度单位英寸；75000材料经验假想强度6000安全系数125（单位PSI）；S被修构件材料的剪切强度单位PSI；B被修构件材料的挤压强度单位PSI；构件的厚度T一般使用飞机相关资料查得；等式下方的S或B，选择两值中较小的一个，以达到对被修构件材料的剪切强度和挤压强度的同时满足。剪切强度取自表11，表中的剪力是单剪面或多剪面铆钉的破坏剪力。如果是连接两个构件的铆钉，则为单剪面铆钉，如果是连接两层或多层构件的铆钉，则属于双剪面铆钉，双剪面铆钉的强度一般大于单剪情况。确定铆钉的剪切强度必须知道铆钉的直径，而铆钉直径可用3乘以材料的厚度来确定。例如，材料的厚度是0040英寸，乘3后等于0120英寸，铆钉的直径应是1/8英寸0125英寸。挤压强度取自表12，表中数值是铆钉拉穿铆在一起的两层材料的拉力，或铆钉孔被拉长所需要的拉力。使用此表必须知道铆钉的直径和铆接材料的厚度。铆钉直径和规定剪切强度时所用的一样，材料厚度必须是被修理的材料厚度。2解裂纹每侧所需的铆钉数LT75000S或B。已知L225英寸T0040英寸铆钉直径004030120，因此铆钉直径应为1/8英寸（0125英寸）。查表可得S331，B410，用S值求出裂纹一侧的铆钉数，因为它比B小。代入上面的公式2250047500033167503312039个把小数进位成为整数处理，因此裂纹一侧的铆钉数是21个，或者整个修理至少需要42个铆钉。（注实际工作时一般会多于此数字。）32保持原来的形状要保证修理能够将构件恢复到与原来形状完全一致是很难的。但是对于高亚音速客机蒙皮的补强修理，为了达到较好的气动性能，不使飞机的升力、阻力等特性因为结构修理而改变，需要保持一个足够光滑的表面。不是所有的蒙皮对于气动性有同等重要的贡献，因而飞机上不同的部位会对光滑有不同的要求，一般来说飞机由于气动敏感性的不同将飞机一般分成气动敏感区域和不敏感区域，如图11为737飞机的气动敏感区域。敏感区域一般集中在飞机的前部和各种舵面区域，这些区域一般不适宜在外部加强修理，大多使用埋头紧固件；而非气动敏感区域则允许使用外部补强片和凸头铆钉。图11737飞机的气动敏感区域需要特别指出的是在特定的RVSM（缩小垂直间隔标准）区域，这些区域前后的结构蒙皮需要特别平整，上面的凹坑、凸起会影响流过气流形成畸变，造成静压口、皮托管、迎角传感器等气动传感部件得到的信号存在较大误差，由于RVSM运行缩小了飞机航线各高度层的间距，过大的误差很可能会造成飞机的相撞事故。因此，RVSM敏感区域要求更高的光滑水平和更少的修理次数。3重量保持到最小值全部修理的重量应保持到最小值。补片的尺寸小到适用为止，并且使铆钉的数量不超过所需的数量。在很多情况下，修理破坏了原结构的平衡，这是由于每次修理增加的额外重量造成了飞机不平衡，因此需加配平和平衡调整片。比如在螺旋桨的桨翼表面上进行某种修理时需加贴平衡补片，这样就可以保持螺旋桨组合件的准确平衡。飞机结构是设计成能完成某种特殊任务或为一定目的服务的。飞机修理的主要任务是把损坏部分恢复到原来的状态。对任何一种修理，常用的也是非常有效的方法是更换零件。当修理损坏零件时，首先应仔细研究，弄清它的作用或功能。在某些结构的修理中，强度可能是主要的要求，而另外一些结构则可能有完全不同性质的要求。如油箱和浮筒必须防止泄漏，但是对机壳、整流罩和类似的部件要求必须有光滑的外形、流线形状和易检查的特点。首先要仔细判断修理部件的功能，使修理满足这种要求。4第二节紧固件任何飞机尽管由最适合的材料和较高结构强度的构建制成，如果各个构件之间的安装不能满足受力要求，接合不是十分紧密容易造成泄露，则对飞机结构的可靠性会产生十分重要的影响。因此，对于钣金加工来说，必须对飞机结构件的连接进行研究，以达到较好的受力效果。为使各种金属结构件紧密接合有许多紧固方式，其中包括铆接、螺栓连接、钎焊和气、电焊接等。不论哪种工艺，其原则是接合处的强度不能低于任一接合件的强度。本章主要介绍用于铆接的铆钉，其它一些紧固件，详见本书紧固件部分。铆钉以一个金属销钉形式，将两块或多块板材、片料或构件铆合在一起。铆钉头在生产时已成型，铆钉杆身则是在插在待接合件的铆孔中后，将其端头敲击形成第二个钉头（称为墩头），从而将两块构件铆夹贴合。这第二个钉头是靠手工或气动工具来成型的，一般称之为“加工铆头”以示区别，其实际效能就象与螺栓配套的螺帽。铆钉除了铆接飞机蒙皮部位以外，还应用于大梁装接、肋条的固定、各种零部件上的接头配件的安装，以及为数众多的支承件和其他部件的接合等。应用于飞机制造的铆钉有两大类型一类是常见的实芯铆钉，它必须用敲击和垫铁才能铆接成型；另一类是专用盲铆铆钉，应用于不能使用垫铁的隐蔽部位。1实芯铆钉的分类在修理工作中通常使用的都是实芯柳钉，只是它们有不同的材料、不同的头型、不同的杆身尺寸和不同的热处理状态，需要加以区别应用。实芯铆钉的头型很多，例如通用型、圆头型、平头型、埋头型以及扁圆头型等等，均以铆钉头的截面形状而定。有关铆钉的热处理性质和强度规范，一般以特殊代码标志于铆钉的头上。航空用的实芯铆钉大多数都是铝合金材料制成。它们在热处理性质和强度规范方面的识别分类，和供销市场对铝和铝合金板材所采用的标志规范，都是用数码结合字码来表示不同特性。现有产品有五种不同规格1100、2017T、2024T、2117T及5056，如图21所示。1100系列铆钉含纯铝9945特别柔软，一般用于铆接象1100、3003和5052之类的软铝合金件。这些构件不成为结构件（换句话说这些部件所在的部位，对于承载强度没有要求），例如对航图盒的铆接工作就是很典型的例子，1100铆钉就足以胜任。2117T系列铆钉有“外场铆钉“之称，在铆按铝合金结构件上它比其它系列的铆钉使用远为广泛。这种外场铆钉之所以使用面广，是因为它具有即时可用的优点，不需要在施工前进行回火或退火一类繁琐工序，另外它抗腐蚀性能很强。2017T和2024T系列铆钉，应用于需要较高强度的铝合金结构件上，而在这些部位用同一直径的2217T铆钉将难以胜任。这种外场铆钉使用前需要退火并置于冰箱内冷藏，到施工时方取出铆接。2017T铆钉必须在一小时内铆接完毕，2024T铆钉的露天时间更短，只允许10至20分钟。5056系列铆钉应用于铆接镁合金结构件，因为它在与镁金属接合处具有良好的抗腐蚀性。5软钢铆钉用来铆接钢质零件，不锈钢铆钉则用来铆接不锈钢材，例如防火墙、排气管夹箍、以及同样材料的结构件等。蒙乃尔镍钢铆钉用来铆接镍钢合金材料，这种铆钉有时可代替不锈钢铆钉使用。在飞机修理工作中铜铆钉是限制使用的，它只许用于铜合金件或皮革及非金属件。铆接成型过程中金属淬硬是一项重要的变化，铝合金铆钉更是如此。这种铆钉具有与铝合金板材原科相同的热处理特征，因而按相同的模式可使铆钉得到淬硬或者退火的性质。为了使铆钉能够形成完好头型，铆钉的材质必须很柔软或者相当柔软。2017T和2024T铆钉之所以在铆接施工前退火，就是因为它们具有时效淬硬的特征。在热处理退火工艺流程上，铆钉与板材基本相同，都是用电热反射炉和盐浴槽或油浴槽来进行工作。热处理温度范围视合金成分而定，一般在625到950之间时，为了操作方便，处理时用托盘或铁丝网篮盛装。热处理工序完成后，立即置于冷水（70）中淬火。2017T和2024T铆钉均属于可热处理型，如果将它们搁置在室温环境中短短几分钟内就开始老化淬硬。故此类型号铆钉在淬火后必须立即交付使用或者予以冷藏。现在最常用的办法是将铆钉放在电冰箱中保持低温冷冻（低于32），因而得名为“冰箱“铆钉。这种冷藏措施可以保持铆钉材质柔软达两星期之久，但是如果在此期间内仍未使用，则需要重新进行热处理。“冰箱“铆钉在铆接后的1小时左右，只具有一半的强度，大约四天时间铆钉强度才达到设计要求。2017T铆钉如果搁置在室温条件下达1小时以上就必须重新热处理。对于2024T铆钉要求更严格，只要超过10分钟就要回炉处理。一旦“冰箱铆钉”由冰箱中取出待用，要注意再不能与尚在冷藏的铆钉相混淆。如果取出待用的数量较多，在15分钟内不能用完，则应将剩余铆钉放在另一容器内，等待以后重新热处理。只要工艺得当，铆钉可以多次承受热处理工艺。绝大多数金属制品都要遭受腐蚀，库存的航空铆钉也不例外。生成腐蚀的原因可能由于当地的气候条件，也可能是制造工艺的不足。一般都是采用具有高抗腐蚀特性的金属以降低腐蚀可能性。如果没有良好的防护，黑色铁族金属与含盐份的潮湿空气相接触就会生成锈蚀，有色金属虽然因不含铁分子不长锈，但也同样有腐蚀现象，例如潮湿空气中的盐分子沿海地区对铝合金的侵袭形成腐蚀，所以经验表明在邻近咸水区域飞行的飞机，其铆钉往往严重腐蚀。在铝合金结构件上如果铆接铜质铆钉，这就形成两种不同金属相互贴合的现象。由于所有相异的金属之间都具有微弱的电动势，异类金属相贴合并以潮湿空气为媒介。就会象电池一样产生电流在两者之间流动，同时生成化学副产物。这种电化反应过程将导致两种金属中的某一种受到损坏。各铝合金件的合金成份并不尽然相同，因此在两者接合装配时，也应考虑上述的电化学反应。为此，通常将铝合金分为两组品类，如表21所示。同属一组A组或B组铝材，可视为相同的金属品类，即相互接合时，不会产生电化学变化。但是，如果非同组的铝材件相接合，势必出现腐蚀。6任何时候都应尽量避免使用不同金属。AN标准把材料的相克性作为考虑因素而纳入规范。依照AN标准，制造厂必须对铆钉表面涂附防护层，涂料材料可以是重铬酸锌涂料、金属喷涂或者是阳极化表面处理。铆钉表面涂层的类别可以用颜色来判别重铬酸锌涂层为黄色，阳极化处理的为灰色，而金属喷涂过的铆钉呈银灰色。在修理工作中，如果要求某些铆钉具有防蚀作用的保护层，可以在铆装之前将铆钉喷涂以重铬酸锌，待铆装完工后再对铆钉喷涂一遍。2铆钉的头型和识别标记从铆钉头上的标志可以判别铆钉的规格特征。这些标记可能是一凸点、两凸点、一凹槽、两凸划、凸十字、凸三角、或者一凸划等等，有些铆钉头上则无任何标记，不同的标记表示铆钉的材料成分。铆钉的不同颜色，表明制造厂所采用的不同表面防护层（如前所述）。圆头铆钉应用于飞机的内部需要为邻近的结构件留出间隙的某些场所除外。这种铆钉头部圆而高厚，表面积大，铆接后与板面的接合面较广阔，可以增加在钉孔周围的板面强度，同时还分担拉伸载荷。如同圆头铆钉一样，平头铆钉应用于内部结构件。需要高强度的部位或者因空间限制不能采用圆头铆钉的部位，均用这种铆钉铆接，但在飞机外表极少采用。扁圆头铆钉的特征是铆钉头的平面直径很大。因而用来铆接薄板特别可取，还因为钉头较矮，气动阻力不大，所以常用来铆接外表面的蒙皮，尤其是机身后段和机尾部分，使用极普遍。裸露于气流之中的薄层板件也是采用这种铆钉。现在有一种改良型扁圆头铆钉生产问世，头型并无改变只是直径略有缩小。所谓通用头型万能头型铆钉，其实是圆头、平头和扁圆头的综合头型。应用于飞机制造和修理，也适用于飞机内部和外表。凡是带凸头的铆钉不论是圆头、平头、还是扁圆头必须更换时，都可以用这种铆钉来代替。埋头铆钉为平顶锥面式头型，与铆钉结合面上的锥形孔或凹窝相配合，以保持铆钉与表面平齐。铆钉的埋头锥角为78度到120度，最广泛采用的为100度。埋头铆钉应用于多层板材的叠接部位，由于气动阻力很小，所以多用于飞机外表上，有助于减少扰流。铆钉头上的标记既表明其材质规格，也标志出强度规范。有三种不同材料（铜、钢、铝）的铆钉头上均无标记，但能从材料的色泽加以区别。1100铆钉为铝金属光译，软钢铆钉为典型钢质色泽，而铜铆钉是铜红色的。不论铆钉是何色、何头型，只要头上的标记一样表明它们材质相同。每一类型铆钉都赋予件号以便选择使用。铆钉的头型分别用AN标准或MS标准的编码按顺序排列，每一序号代表某一特定头型。下列的几个编码是最常用的不同头型铆钉的件号AN426或MS20426一一埋头铆钉100度，AN430或MS20430一一圆头铆钉，AN441一一平头铆钉，AN456一一扁圆头铆钉AN470或MS20470一一通用头型铆钉。接在件号之后的字码和数码都各具含意字码代表材料成分；数码表示铆钉的直径和长度。常用铆钉的字码意义如下A一一铝合金，材质成分为1100或3003，AD一一铝合金，2117T材质，D一一铝合金，2017T材质，7DD一一铝合金，2024T材质，B一一铝合金，5056材质，C一一铜，M一蒙乃尔镍铁铜合金。如果在AN标准件号后不随字码，表示铆钉是软钢材质。在上述字码后的数码表示铆钉杆身直径，以1/32英寸为计量单位，例如字码3表3/32英寸，字码5表示5/32英寸等等。在上述数码后还有一数码，用一短线前后连接称之为尾码，它表示铆钉的杆身长度，以1/16英寸为计量单位，例如3为3/16、7为7/16、11为11/16等等。归纳而言，铆钉的件号含义举例如下AN470AD35某种型号铆钉的件号其中AN美国空军海军标准470通用头型标准AD2117T铝合金33/32英寸直径55/16英寸杆长3铆钉的配置铆钉的配置取决于以下几个方面（1）所需铆钉的数目；（2）要使用铆钉的大小和种类；（3）铆钉的材料、回火条件和强度；（4）铆钉孔直径；（5）铆钉孔和铆钉的边距；（6）整个修理件上铆钉的间距。因为间距是用铆钉直径来度量的，所以一旦确定了铆钉的直径，其它度量是很简单的。铆钉的钉头类型、尺寸和强度是受某些因素控制的，如铆接部位力的类型，要铆接材料的种类和厚度以及铆接件在飞机上的位置等。A、铆钉的头型选取特定的修理作业所需的钉头类型应该由安装位置决定。要求光滑气动外形的地方，应当使用埋头铆钉。在其余的大部分部位上可使用通用型钉头的铆钉。如果需要较高的强度，且间距允许，可以使用圆头铆钉。如果不具备必要的间距，则可使用平头铆钉。B、铆钉的直径选取一般说来，所选择铆钉的钉杆尺寸或直径应当与被铆接件的厚度相对应。如果，在薄板材上采用过大的铆钉，那么适当地铆上铆钉所需要的力会在铆钉头周围造成不良的皱纹。另一方面，如果对厚板材选择太小直径的铆钉，则铆钉的剪切强度就不能满足传递连接载荷的要求。按一般规律，铆钉直径应当不小于所连接板件中较厚板的3倍厚度。在飞机装配和修理中最经常选用的铆钉直径范围是从3/32英寸到3/8英寸。通常，直径小于3/32英寸的铆钉决不能用在传递内力的任何结构件上。当用铆钉穿透铆接管形构件时，选择铆钉的直径至少等于管子外径的1/8。如果一个管子套装在另一个管子上，则取外管的外径的1/8作为铆钉的最小直径。最好的办法是计算出最小的铆钉直径，然后选用大一号规格的铆钉。C、铆钉的长度选择当确定安装铆钉的总长度时，必须知道连接件的叠合厚度。这个量称作铆接厚度。铆钉总长度应当等于铆接厚度加上成型适当镦头所需要的铆钉杆长度。成型适当墩头所需要铆钉杆长度是铆钉杆直径的15倍。D、铆钉材料选择8只要有可能，要选择与铆接件材料牌号相同的铆钉。例如，在用牌号为1100和3003合金制造的零部件上使用1100和3003铆钉。在用牌号为2017和2024合金制造的零部件上使用2117T和2017T铆钉。2117T铆钉通常用在一般修理件上，因为它无需热处理，柔韧性和强度也还算可以，并且当与许多类型合金一起使用时它有高的耐腐蚀性。2024T铆钉是最强的铝合金铆钉，可用在高应力的零部件上。然而，当铆入铆钉时，必须使它变柔韧。决不能用2117T铆钉代替2024T铆钉。E、铆接位置的限定对具体修理作业要选用的铆钉头类型可参照周围区域上由制造厂所使用的钉头类型来决定。在工作中遵循的一般规则是在机翼和安定面的上表面、机翼下前缘到翼梁之间的表面以及机身（头端）到机翼高部位段之间的表面应采用埋头铆钉。而其它表面上可采用通用型钉头的铆钉。一般说来，要使修理部位上铆钉间距与损坏部位周围区域上工厂所采用的铆钉间距尽量一致。除这个基本规则之外，没有在各种情况下决定铆钉间距的一套专门规则。但是，存在某一必须遵守的最低要求。F、铆钉的排布边距或从第一个铆钉中心到边缘的距离不应当小于2倍铆钉直径，也不应大于4倍铆钉直径。推荐使用的边距约为25倍铆钉直径。如果铆钉安排得太靠近板的边缘，板件就可能在铆钉孔处出现裂纹或断开；如果把它们安排得距板边缘太远，则板的边缘易于翘曲。铆钉间距是同一行相邻两个铆钉中心之间的距离。最小许用铆钉间距是铆钉直径的3倍。虽然铆钉间距可以是从4倍铆钉直径到10倍铆钉直径，但是，平均铆钉间距通常是从6倍铆钉直径到8倍铆钉直径。铆钉横向间距是铆钉行之间的垂直距离，通常它等于铆钉间距的75。最小允许铆钉横向间距是25倍的铆钉直径。当拼接损坏的管子，且铆钉完全透过管壁时，如果相邻铆钉互相垂直，则铆钉间距为47倍的铆钉直径；如果铆钉在一直线上互相平行，则铆钉间距为57倍的铆钉直径。接头每边上第一个铆钉距套管端部的距离应当不小于25倍的铆钉直径。当采用直行铆接时，铆钉间距的一般规则是十分简单的。对于单排铆钉的情况，首先确定该行每端的边距，然后画出铆钉间距铆钉之间的距离。对于双排铆钉的情况，首先如刚才叙述的那样，画出第一行来，然后根据适当的行距安排第二行，接着在第二行中画出铆钉位置，要使每个铆钉恰好落在第一行的两铆钉的中间位置上。对于三行铆钉的情况，首先画出第一行和第三行，然后利用直尺决定第二行铆钉的位置。9第三节紧固件的安装要求钻孔时重要的是要使铆钉孔尺寸和形状正确，而且无毛刺。如果孔太小，当把铆钉放入孔中时，铆钉的保护层会被擦伤；如果孔太大，铆钉不能完全充满钉孔。当铆钉受力时，连接处不能发挥它的全部强度，结构破坏可能就出现在该处。当用新的蒙皮替换损坏的蒙皮时，在替换板中或补片中的孔应当被钻得与结构中的相一致。这些孔可以用孔复制器定位。复制器底部支柱上的栓钉插入到现存的铆钉孔中。在新零件上的孔是靠透过顶部支柱的套管制造出来的。如果复制器制造得符合要求，用这种方法所钻出来的孔将是完全对中的。对于每种直径的铆钉必须使用相应的复制器。如果需要加工埋头孔时，则应考虑金属板厚度，选用对该厚度所推荐的加工埋头孔的方法。如果需要做锪窝，则要使锤子敲打次数或做埋头窝的压力为最小，以免在陷窝周围出现过分的加工硬化。为了制作准确尺寸的铆钉孔，首先钻一个稍小尺寸的孔。这称为预钻，预钻的孔称作导孔。用合适尺寸的麻花钻扩孔，从而得到所要求尺寸的孔。导孔尺寸和扩孔钻的尺寸如表31所示。推荐的铆钉孔间隙是0002到0004英寸。当钻硬金属时，麻花钻应当有1180的夹角，且应当低速运转，但对于软金属来说，可使用900夹角的麻花钻，并能高速运转。用夹角为1180的麻花钻来钻铝合金薄板，这可得到开始钻孔之前，要为铆钉孔冲点定心。定心凹坑起导钻的作用，并且能较容易地使钻头钻入金属中。要使定位坑足够大，以防止钻从该位置滑开。但应轻轻地冲定位坑，不能把周围材料压陷下去。当钻孔的时候，应把一个硬的光滑木垫块牢牢地固定在孔背面的适当位置上。通常用手钻或用轻型电钻钻孔，要用两只手牢牢地握住电钻，伸开左手的食指和中指按着金属件，以便在钻孔时起定位作用，并且当钻透板材时，起缓冲器和制动器的作用。开钻之前，一定要通过转动手钻或空转电钻并观察钻头端部，来试验安装的麻花钻头是否准确和有无振动。如果钻晃动，这可能是由于钻杆上的毛刺引起的或者由于钻杆弯曲或没有卡紧引起的。不能使用晃动或稍微弯曲的钻头，因为这样会使钻出来的孔扩大。不管孔的位置或板的弯曲度如何，要始终使钻垂直于加工件。当用直钻钻孔有困难时，可使用转角钻或使用软轴钻。当钻孔时或从板中拨出时，决不能使钻斜向一边，因为这会使孔变得不圆。10当孔被钻透，通过板金件时，在孔边缘上会形成小的毛刺口尤其是使用手钻时，因为转速低，并且存在每转一周要施加较大压力的趋势，因此孔边特别容易形成小毛刺。在铆接前，要用毛刺清除工具打磨掉所有毛刺。加工埋头孔与压窝加工不当的埋头孔会降低铆接的强度，甚至引起板或铆钉的破坏。在飞机制造和修理中用手铆的最常用加工埋头孔的两种方法是机加工（锪钻）与压窝成型。对某项具体作业的施工法与待铆接件的厚度、铆钉埋头角度和深度、现有的工具以及施工可接近度有关。锪钻是这样的一种工臭，可用它绕铆钉孔切削出锥形凹窝，以便让铆钉与蒙皮一样齐平。锪钻作成不同的角度，以便与不同的铆钉埋头角度相对应。特殊制动锪钻是很有用的。该种制动锪钻可被调到任何所希望的深度，并且锪头是可调换的，以便制成各种锪窝角的孔。某些制动锪钻有微调装置，切削深度的调节精度能达到0001英寸。压铆钉孔作陷窝这样可使埋头铆钉的钉头与金属板表面齐平的过程被称作锪窝。锪窝是用凸模和凹模或成型模通常所说的冲头和压模制成的。凸模有一个铆钉孔径尺寸的导杆，并被修成锥面，以便与铆钉的埋头角度相对应。凹模有一个孔，凸模导杆可插入该孔中，并且被修成与埋头角度相对应的斜面。当锪窝时，先把凹模放在刚性体表面上，然后把待锪窝的板件放在凹模上。把凸模导杆插入要被锪窝的孔中，用锤子敲打凸模，直到形成陷窝为止。用硬木锤敲打2至8下就可以了。必须具备一套各种铆钉尺寸和钉头形状的模具。另一种方法是用埋头铆钉代替正规的凸模，用拉延装置代替凹模，锤击铆钉直到形成陷窝为止。按照一般规则，当板件厚度大于铆钉头厚度时，采用锪钻埋头孔的方法；而在较薄的板件上，则使用压窝方法。图31表示加工埋头孔的一般规则。在图A中，板材是十分厚的，并且埋头铆钉的钉头仅伸到上层板件约一半板厚的地方。加工埋头孔要在钉头和镦头间留出足够余量。在图B中，铆钉头正好穿透上层板件。这种情况是允许的，但是应当努力避免。在图C中，铆钉头插入到第二层板中。这表明板件是薄的，并且由于钻埋头孔会去掉大部分材料，最好采用压窝的方法。如果板件厚度不超过004英寸，则压窝加工的效果是最好的。用加工成所希望角度的适当切削工具完成机制埋头孔或钻制埋头孔的工作。去掉孔边毛刺，使埋头铆钉的钉头刚好安装到凹窝中。所得到的凹窝被称作“坑“或“窝“。在机加工埋头孔的操作中，首先钻一个初始铆钉孔，使它达到精确的铆钉尺寸。在大多数情况下，铆钉头比金属板表面高出或凹下的范围接近0006英寸。因此，要使用能够达到指定容差的设备，精确地进行埋头孔加工。要牢牢地握住埋头孔加工工具，并使它与板件垂直，不要使它倾斜。倾斜会使窝变得不圆，从而使得埋头铆钉头的安装不得当。过大尺寸的铆钉孔、过小尺寸的埋头钻导杆对11于制动埋头孔的情况、因不适当地使用埋头钻或埋头钻处于不良工作状态而引起的颤动以及在钻枪夹具中埋头钻安装不正等都是造成埋头窝不圆的一些原因。压制或冲制这两种埋头孔成型方法中，可选择其中一种。可以使用成套的凸凹摸，或者利用铆钉作凸模，利用压延模作凹模，这也是允许的。在这两冲情况下，紧贴铆钉孔的金属都被压到与铆钉头相吻合的适当形状。和机制埋头孔一样，这样形成的凹陷称作“坑“或“窝“。铆钉必须恰好安装到窝中，以便得到最大强度。可同时被压窝的板的数目受所用设备能力的限制。使用手工工具，或者放入气动压铆机或单程冲击压铆机中的压窝模，或者使用气动铆钉锤均可完成压窝加工。在制造厂制定的图表中，对制造各种铆钉埋头尺寸和埋头角度的压窝模都编了号。并且对冲头和压窝模的正确联合使用也作出了规定。凸模和凹模两者都是经过精加工制造出来的，它们有高度抛光的表面。凸模或冲头做成与铆钉头相吻合的圆锥体，并且它有一个能装入铆钉孔和凹模中的小的同心导杆。凹模有相应的埋头角度，凸模导杆能插入凹模中。当对孔压窝时，把凹模放在某刚体上，把被压窝的板材放在凹模上，再把凸模导杆插入被压窝的钉孔中，然后连续敲打凸模几下，直到形成压窝为止。在某些情况下，考虑到金属的回弹性，所以将凸模的表面做成鼓凸面，当被压窝板为曲面的时候，采用这种形式的压窝模比较好。某些压窝模具有平的表面，主要用于平的加工件。通常这样制造压窝模，使它们的夹角比铆钉埋头小50。这样做考虑了金属的回弹性。在用压模压窝时，凹模导孔应当小于要使用铆钉的直径。因此，当压窝工序完成之后，铆钉孔必须被扩到精确尺寸，以使铆钉的安装适当。当以埋头铆钉作为凸模时，把凹模放在通常的位置上，并把顶铁放在它的背面。把所要求规格的铆钉放入孔中，然后用气动铆锤敲击铆钉。这种加工埋头孔的方法通常称作“精制压制”法或称硬币压铸法。只有当正规的凸模受损或不具备正规凸模时，才采用这种方法。“精制压制”法有明显的缺点，这就是在进行压窝之前，必须把铆钉孔钻成铆钉尺寸的大小。由于在压窝操作过程中金属伸胀，因此孔会变得更大些，这样铆钉必须镦得更粗才能获得紧密配合。由于在凹窝中铆钉头会造成凹窝轻微变形，而该变形的特征又只是与那个特定铆钉头相适应的，因此，把在压窝过程中用作凸模的那个铆钉铆进去是最为合适的。不能换另外的铆钉同尺寸的铆钉或稍大一些的铆钉。热压窝这种压窝有两种加工方法圆角压窝和精制压窝。圆角压窝和精制压窝之间的主要区别在于凹模的结构。在圆角压窝中，使用实体凹模，而精制压窝使用活塞或凹模，这就使得该方法比较优越。在精制压窝过程中，金属被压成使其塑性变形模的外形，这样凹窝就呈现出模的真实形状。压力活塞所施加的压力不会使金属压缩，因此沿压窝边的横截面呈现出均匀厚度和压窝呈现出真正的圆锥形状。精制压窝具有一些优点。这种方法改善了凹窝的形状；形成更加令人满意的气动蒙皮表面；避免出现径向和环向裂纹，保证能得到较高的连接强度和安全可靠性，而且可以把同一套压窝模用于蒙皮及其支承结构的压窝工艺。所使用板件是在压窝操作中要考虑的、非常重要的因素。如象不锈钢、镁和钛等材料均表现出不同的压窝问题。122024T铝合金可以令人满意地被做出热精制压窝或冷精制压窝。但是，冷精制压窝会在凹窝附近产生裂纹，这是由于在金属中出现局部硬化所造成的。热精制压窝却能避免出现这种裂纹。7075T6和2024T81铝合金必须是热精制压窝的。镁合金也必须热精制压窝，因为它们象7075T6那样，有较低的可模锻品质。钛是另一种必须被热精制压窝的金属，因为它是坚韧的，不易加工成型。对于7075T6铝合金热精制压窝所用的温度和对它持续加压的时间，同样可适用钛合金热精制压窝。不锈钢是冷精制加工成的，这是因为加热系统的温度是不能达到热精制压窝所需要的温度的。精制压力活塞压窝模具有一些内在的特点。凸模和凹模两者的表面都分别在导杆和导孔附近有20角的弯曲凸模为凹面，凹模为突起面。这样在制成凹窝以后，就容易拿掉金属板件。凹模压窝装置有两部分1本体它只不过是凸模的对应体；2压力活塞它一直向上伸到本体锥形凹槽的中部。在成型凹窝时，金属被凸模压入凹模中。金属材料首先接触压力活塞，并且当金属被压入锥形凹槽时，压力活塞就会支承着金属材料。当两个模子靠近到挤压板材的位置时，压力活塞会把金属材料压回到模子之间的尖角处。当冷压窝时，只使用模具。当热压窝肘，使带状加热器或块状加热器在凸凹模两者之一上滑动，或者同时在凸凹模上滑动，并且通电。模子应当始终保持清洁，并应做到井井有条。用细钢丝定期清洗模子是可行的。当模子处在机器上时，必须采取专门保护措施。如果装好模子的机器在模子间没有加工材料时被正常操作，凸模就会使压力活塞的孔穴扩胀乃至损坏。可能的话，精制压窝应当在零件组装前，在固定的设备上进行预制，也会出现许多这样的情况，零件必须被装到另一构件上才能作压窝。在这种情况下，可用手提式压窝机进行压窝。太多数挤压机都可用于冷压窝，或者连接到接线盒上用于热压窝。在没有任何挤压机或固定架类设备的情况下，也有可能进行压窝操作。在这些情况下，有必要使用气锤以及顶杆之类工具固定压窝模。第四节铆钉的安装在打入或镦粗铆钉的通常过程中所需要的各种工具包括钻、扩孔钻、铆钉剪断器、顶杆、铆钉锤、拉铆装置、压窝模或其它类型的锪窝设备、铆枪和压铆机等。当铆接时，自攻螺纹钉、C型夹和紧固器是把板件固定在一起最常用的铆接辅助工具。铆钉切断器在得不到所需长度的铆钉时，可使用铆钉切断器把铆钉切成所需要的长度。当使用旋转式铆钉切断器把铆钉插入适当孔中时，在铆钉头下面放上所需要数目的垫片。切断器好象一把钳子一样夹住铆钉杆。盘刀旋转就会把铆钉杆切成适当长度，这个长度取决于铆钉头下面放入的垫片的数目。当使用大铆钉切断器时，把它夹在台钳上，把铆钉杆插进适当的孔中，通过拉手柄切断铆钉杆。如果没有标准的铆钉切断器，可用斜嘴切断剪代替。顶捧又称顶杆、顶块，俗称顶铁顶捧是这样的一种工具，当加工成型铆钉头时，用它顶住铆钉的钉杆端部。大多数顶棒用合金棒材制成，用优质钢作的顶棒使用时间较长且很少需要修整。顶棒作成几种不同形状和尺寸，以便容易在使用铆钉的各种地方顶住铆钉。13顶捧必须保持清洁、光滑，并且应很好地擦光。它们的边缘应稍稍磨圆，以防擦伤铆接作业周围的材料。手工铆接装置和拉紧装置手工铆接装置铆冲头是装有用于铆入特殊铆钉的铆模工具。有各种铆冲头可用于铆入各种尺寸和不同形状铆钉头的铆钉。普通手工铆冲头是由约6英寸长的直径1/2英寸工具碳钢制成，并且滚花以防止在手中打滑。它仅仅是铆冲头的表面被硬化另外还被抛光。圆头铆钉和扁头铆钉的铆冲头端呈凹陷或环形，以便与铆钉头相吻合。在选择合适的铆冲头时，要确保在铆冲头与铆钉头侧面之间及与金属表面之间都能够留有适当间隙。对于埋头铆钉和平头铆钉应使用平铆冲头。为很好地进行平铆，要确保平铆冲头的直径至少是1英寸。专门的拉紧装置用于紧固板件，以便在铆钉被顶铆之前，消除板件间缝隙。每种拉紧装置有一个直径比用来制造铆钉的丝材的直径大1/32英寸的孔。有时，拉紧装置和铆钉镦头装置合并成一个工具。镦头部分有一个十分浅的孔，所以当用锤子敲打时，该装置将使铆钉和铆钉头膨胀。对于轻型的加工，可把陷模用在手提式气动压铆机或手动压铆机中。如果陷模与压铆机一起使用，它们必须被精确地调节到被陷窝板的厚度。气动铆枪在飞机修理中所用的最普通的镦粗工具是称作铆枪的低速气动锤。气动铆枪有各种规格和形状。制造厂给出的各种铆枪的性能通常标记在枪管上；气动铆枪在90到100磅/平方英寸的空气压力下工作。气动铆枪与可更换的铆接装置（冲头）结合使用。设计各种装置以适应于各类铆钉和不同的加工件位置。装置的伸杆被设计得能刚好插入铆枪。靠铆枪枪管内部的气动锤提供撞击铆钉的力。这些装置用优质工具碳钢制造，并且经过热处理，以提高它们的强度和耐磨性。当使用铆枪时，要遵守的某些保护措施是（1）在任何时候，绝不能把铆枪对着任何人。铆枪仅用于一个目的安装铆钉。（2）除非铆枪紧顶着木块或铆钉，否则绝不能按下扳机。（3）当在相当长的一段时间内不使用铆枪时，一定要断开铆枪的气源。压铆机铆接的压铆法应用范围是有限的，因为它只能用在条件允许的板件或组合件的边缘上及压铆机能探及的范围。有三种类型的压铆机一手动的、气动的和气动液压的。它们基本上是类似的，只是对手动压铆机来说，压铆是通过手施加压力的；对气动压铆机来说，压铆是由空气压力实现的；而对气动液压压铆机来说，压铆是由空气和液体联合加压实现的。一个压头是不动的，当做顶杆使用；另一个压头是可动的，起镦粗作用。用压铆机铆接是一种快速铆接方法，并且只由一个工人完成。通常，压铆机或者装有C型卡箍或者装有颚口卡箍。卡箍有各种规格，以便适应各种规格铆钉的需要。卡箍夹持范围由它的开口大小和它所能达到的最大距离来衡量。开口大小就是可动压头与静止压头之间的距离；而可达到的最大距离就是从铆头装置的中心量起的喉口内部长度。压铆机的铆头装置是与气动铆枪有相同用途的，而且具有相同类型的铆头。铆头装置是可更换的，以便与任何铆钉头型相适应。每种铆头装置的一部分插入不动的压头中，而另一部分则放在可动压头上。只要有可能的话，则应把所制造的铆头装置的头端件放在不动的压头上。但是，在某些操作中，则必须把铆头装置倒过来，把所制造的头端件放在可动的压头上。14装配铆钉装入实心铆钉的方法可以分为两类，这取决于铆接设备是手提式还是固定式的。因为固定式铆接设备很少用于飞机修理工作，在这里我们只讨论手提式铆接设备，它们可以是手动铆接机、气动铆接机或压铆机。装配铆钉之前，所有孔要确保完全对中，并除掉所有碎屑和毛刺，待铆接的零件也必须牢固地被夹在一起。当安装铆钉时，通常拿“铆枪”和拿“顶杆“的两个人结为一组来工作。但是，对于某些施工作业，铆接工人用一只手握着顶杆，另一只手控制铆枪也可以铆接。当两人一组作铆接工作时，可以采用有效的信号提高必要的协同动作。通常的信号是用顶杆敲打工件，如敲一下可意指“没有完全装好，需要再打它“；敲二下可意指“铆好“；敲三下可意指“铆坏了，拆掉它再换另一个”等等。顶持选择合适的顶杆是顶持铆钉中最重要的一个因素。如果顶杆形状不合适，它会使铆钉头歪斜，如果顶杆太轻，它就不能提供必要的顶撞力，并且材料会朝向镦头凸出；然而，如果顶杆太重，它的重量和顶撞力可能引起材料反向镦头凸出。顶杆的重量可从几盎司到8或10磅，这取决于加工件的特性。与各种牌号柳钉配合使用的顶杆的重量表示在表41中。表41推荐的铆钉顶杆重量要始终保持顶杆的顶面与铆钉杆垂直。若没有作到这一点，当铆枪开始撞击时，会引起铆钉弯曲，并在结束撞击时会引起材料损坏。顶持者必须使顶杆适当就位，直到铆钉完全铆好为止。当铆枪还在工作而移开了顶杆，则铆枪可能打透板件。不要对铆钉杆顶持太厉害。要让顶杆的重力做大部分功。手只不过是控制顶杆并提供必要的压力和起回弹作用。让顶杆随铆枪一致振动。这一过程称作协调撞击。协调撞击可以通过调整手腕施加的压力和刚度来形成。积累经验后就能动作和谐。缺少适当的振动作用，或者使用的顶杆太轻或太重，以及顶杆与铆钉杆不垂直等都能引起铆钉头歪斜。通过快速移动顶杆到抵制镦头歪斜的方向，这样就可以校正铆钉镦头的畸形。只有当铆抢在工作，并且铆钉只是部分地铆镦时，才能完成这种校正作用。如果在开始撞击时铆钉杆弯曲，可将顶杆放在适当校正位置上，直到钉杆矫直为止。手工铆接在某些情况下，必须手工安装铆钉。可以使用两种方法中的任意一种方法，这取决于加工的部位和施工接近性。就第一种方法来说，就是用手铆工具和锤子打击铆钉的钉头端，用合适的顶杆顶住钉杆。另一种方法，就是用手铆工具和锤子打击铆钉杆端，而用固定在虎钳或瓶状杆一种用来固定铆接工具的凹型顶杆上的手铆工具顶住铆钉头。这种方法称作逆铆。它通常用在手铆中，但在气铆中它不是一种好方法。当采用所述方法中的任意一种方法时，都要使锤子的敲打数最少。敲打次数太多会改变铆钉或铆钉周围材料的晶体结构，造成连接强度降低。要始终做到顶杆和铆接工具与铆钉15垂直对正。误用铆接工具和顶杆，会导致划坏或擦伤铆钉头或板材，并可能引起不适当的腐蚀。因而，这将消弱飞机结构。恰当形成铆钉镦头直径的长度应当是钉杆直径的15倍，而镦头高度应当是钉杆直径的05倍。气动铆接气动铆接的过程实际上是与手铆相同的。准备板件、选择铆钉、以及铆接等都是与手铆情况一样的。然而，对于手铆来说，顶撞铆钉的压力是利用手铆装置和锤子施加的。对于气动铆接来说，压力是用一个铆接装置和气动锤或气动铆枪施加的。为在使用气动铆枪时得到良好的铆接质量，要遵守下列基本要点（1）根据铆钉的牌号选择正确类型和牌号的铆枪及相应的铆接装置。要牢固地安装铆接装置。（2）调整铆枪速度每分钟振动次数。在按下扳机启动铆枪之前，要牢牢地把铆接装置对着木块加压。在不存在抵住铆接装置的阻力时，决不能进行操作，因为振动作用可能引起限位弹簧破坏，使铆接装置飞出铆枪。同样，自由振动可能会使铆冲端头迸出火花或镦裂，使它粘在铆枪的枪管上。（3）使铆接装置与加工件垂直，防止损伤铆钉头或者周围的材料。用铆枪镦铆，力量要适中。（4）拿开顶杆，检查铆钉的镦头。镦头宽度应当是铆钉直径的15倍。高度应为铆钉直径的一半。如果铆钉需要进一步敲击，则重复必要的工序，完成该铆钉的安装工作。把一小片胶布粘到铆接装置的凹形端，常常能校正不满意的凹形状况，这种不能令人满意的凹形端有时会给形成均匀的铆钉镦头造成麻烦。压铆机铆接用压铆法装配铆钉能形成十分匀称的铆钉镦头。每个铆钉都是一次成型的，所有铆钉头都受到同样均匀压力；所有铆钉镦头成型差不多一样，并且每个铆钉杆都能充分而均匀地膨胀，完全充满每个铆钉孔。压铆机装有端部装置对，每一对都是为一个特殊作业而设计。一旦为一种特殊用途选择了合适的端部装置，并且调整好了压铆机，则所有铆钉都能同样地安装，因此，这就提供了一个有效的铆接方法。手提式压铆机特别适于铆接大的组装件，对于这样的大组装件，必须使铆接工具相对工件移动。它们不太重，一个人操作起来较轻便。用压铆机进行铆接时的板金件预加工与用手提式气动铆枪进行铆接时的钣金件预加工相同。当使用压娜机时，为得到较好的铆接质量，要遵守下列规则（1）仔细地选择并装入与正在铆接铆钉相匹配的端部装置。使用合适端部装置非常重要，要是不使用合适的配对装置，则不可能恰当地顶撞铆钉。装入端部装置时，一定要确保断开气源或关掉压铆机。（2）调整