气液增力技术在成组压铆机中的应用与研究*

穆建森，司文奎

(陕西省机械研究院，陕西 咸阳 712000)

0 引 言

随着现代航空工业的飞速发展，对飞机铝铆钉的铆接工艺提出了更高的要求：一是铆接的效率问题，二是铆接力的控制问题。我国传统的铆接工艺是两个人组合，人工操作气动工具进行铆接，铆接工艺落后，效率低下，噪音特别大。由于铆接力不一致造成墩头不一致。直接影响了我国飞机制造业的研发、生产周期。陕西省机械研究院借鉴KπA-503M压铆机[1]研发的大喉深、大吨位的YC15-25/375-600/1300自动成组压铆机，解决了机械式铆接、人工铆接的缺点，填补了我国成组压铆技术设备的空白，告别了我国成组压铆机依赖进口的局面。

成组铆接技术虽不是个新型课题，早在20世纪五、六十年代已经提出来，但成组铆接技术在我国主要是受到设备的限制而很难利用发展起来，其次是飞机制造业产能低得不到重视无法推广而受到制约。气液增力型大型压铆机就是对成组铆接技术这一工艺应用的新型设备。

陕西省机械研究院研发的成组压铆机，采用了当前最为先进的气液增力技术[2]。在研发的过程中遇到了三个关键性的问题：一是压铆机墩头及可动砧子两者任意位置如何可停；二是压缩空气推动粘度系数较大的液压油使压铆机墩头及可动砧子两者如何快速移动；三是无法观察的下模具停止位置控制时机，即如何控制压铆机墩头顶紧过程中而不会形成一次铆接。

1 气液增压技术

气液增压铆接技术是近年来在冲压、铆接生产中应用最为广泛的工艺；是利用洁净的压缩空气，推动特殊设计的液压油缸，产生几倍甚至上百倍推力的技术。由笔者负责设计的15 t以上的压铆机，引用了德国先进的气液增力技术[2]，如图1所示。

工作原理：经过电磁阀控制的压缩空气，进入快进气口使执行缸快速移动。到达指定位置后，压缩空气经过电磁阀的控制，进入增力进、退气口，使执行缸增力和快退，实现气液增力。根据额定的增力数值,选定执行缸直径后，再根据铆接行程，设计增力缸、杆的直径，达到一定压力下的压缩空气使执行缸输出力为额定数值的效果。

图1 气液增力原理简图

此研究只对压铆机墩头及可动砧子两者任意位置如何可停及其如何快速移动进行探讨。

2 成组压铆机墩头任意位置控制探讨

首先，探讨压铆机墩头任意位置可停的问题。如图1所示，简单地解决问题就是利用液压油的不可压缩性，在高压液压管中间加一个二位二/四通高压液压电磁阀即可。但实际是不合理的，也是不可行的。主要原因如下。

(1) 为了增力迅速且快退，执行缸与增力缸之间的高压管应尽量短，管径尽量大，以减少因阻力产生的能量消耗，保证迅速增力及快退。

(2) 二位二/四通高压液压电磁阀滑阀一般通径最大为φ10 mm,由于液压油的流动压力仅压缩空气的压力0.6～0.7 MPa，其流量也很难使执行缸快速移动。手动阀由于要增加一套自动控制机构且行程较大，影响设备每分钟铆接次数。不利于自动控制。

(3) 各种规格的阀门，因其工作原理不同，在换向过程中会产生压力油压力的波动，在顶紧阶段后会发生一次墩铆接或顶紧力减小的现象。

(4) 压力传感器是个灵敏的压力元件，压力的波动会产生压电信号，会给控制器件造成干扰信号使控制线路板复杂化。

鉴于以上原因，只能从压缩空气方面来考虑。为此，设计了多规格气用电磁阀组合、双气路供气、排气调速的方法，实现了压铆机墩头的任意位置可停这一难题。并加装了蓄能器，增力过程由于执行缸活塞移动了墩铆行程，其前端的密闭腔室压力增大的情况下，消除了对造成气用电磁阀造成损坏的可能性。

3 可动砧子任意位置探讨

一般冲铆、压铆机的砧子是固定不动的。但在飞机制造业中，由于铝铆钉多数情况不是在一个平面内，而是在一个空间的曲面内，所以要求砧子是可以随铆接件高度的变化而移动的。在飞机制造业中存在砧子任意位置可停，且起到砧子的作用。也就是说，砧子一旦停止在某一位置后，在铆接的过程中不允许有位置变化。针对这一要求利用液压油的不可压缩性，参考增力器原理，设计了等缸径分体式增力器。该产品适用于飞机制造业使用的任意位置可停、并且可快速移动的压铆机砧子。原理示意图如图2所示。

图2 等缸径示意图

4 实际运行情况

在实际调试过程中，液压阀[3-4]的选用非常关键。虽然在常规的液压传动中，二位二通或二位通阀阀芯结构、导通方式不同，不会产生影响传动的现象，但在压铆机设备的可动砧子的控制过程中，会产生影响砧子位置的现象。

初始设计时，选用了大流量、内部先导插装式高压常闭液压电磁阀LSV6-16-2NC SP，该阀在空运行时似乎没有问题。但在压铆机试运行的铆接过程中出现了问题。当墩头出力时，发现砧子可压缩约5～10 mm的行程。这一现象是飞机制造业绝对不允许的，否则会引起铆接零件的变形，产生不合格零件。随后分析产生这一现象的原因：该种阀属于内部先导式的，隔断液压油管路是由背压产生密封起到关断管路的作用。在关断时相对高压阀来讲，介质缸的压力很小接近零，在铆接开始时一定压力的介质通过先导孔或关断口进入阀的另一端，当气体密闭腔压缩达到一定的压力后，产生了背压才会隔断管路，所以会产生砧子可压缩5～10 mm的现象。同时可能对气阀造成损坏，因此该种先导插装式液压阀在压铆机中不能采用。

从分析发生砧子移动的原因入手，决定更换为22EO-H10B-T液压电磁阀[4]，该阀属于普通滑阀，直接隔断管路，解决了墩头出力时砧子压缩的现象。但该种阀流量满足不了需要，液压油在压缩空气的推动下，压力油沿程损失较大，压缩空气推力损失严重，造成砧子移动速度上不去。为此，设计采用多阀并联使用的办法，来解决流量及沿程损失的问题。在试生产过程中，发现该方法既解决了砧子任意位置可停的问题又解决了移动速度上不去的问题。

5 结 语

在设备交付使用后，用户比较满意。该设备自动化程度高、效率高，特别是该设备与进口机械式成组

压铆机相比噪音非常低，且不存在机械式成组压铆机墩铆后的机械卡死现象。后期又做了大量的调研工作，设备在某些方面还存在不足，有待完善。

[1] KπA-503M 压铆机说明书[Z].汉中:陕西飞机制造厂,1969.

[2] 裴庆军.气液增力技术应用[J].机械制造,2003(5):60-60.

[3] 北京有色冶金设计研究院.机械设计手册[J].第3版.北京：化学工业出版社,1992.

[4] 机床设计手册编写组.零件设计[M].北京：机械工业出版社,1983.