CFRP沉头孔锪窝深度误差对连接性能的影响

沉头螺栓连接能保证结构良好的气动外形,常被应用于飞机蒙皮等结构。沉头孔的制备过程中,由于设备条件限制,会导致锪窝深度误差较大,给复合材料叠层结构带来隐患。针对这一问题,结合有限元仿真分析进行单钉单剪的静拉伸试验,研究锪窝深度误差对CFRP连接性能的影响。结果表明:对比于齐平状态的标准窝深值,锪窝较浅对静强度影响较小,较深则会导致结构的静强度下降,且锪窝越深,静强度下降越快。

工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工

为了提高工业机器人制孔的位姿精度,控制锪窝深度误差,利用激光跟踪仪跟踪机器人位姿,获得位姿偏差,并对机器人位姿偏差进行补偿,提高机器人制孔的位姿精度;利用光栅尺构成闭环控制系统,将制孔过程中机器人与工件变形引起的误差补偿到制孔刀具的进刀位置,从而保证埋头螺栓孔的锪窝深度.采用该跟踪、补偿系统在平面试验件和曲面试验件上进行了工业机器人制孔位置精度和锪窝深度补偿加工试验.结果表明,机器人的位置精度和角度精度达到0.05mm和0.05°,锪窝深度误差控制在0.03mm以内.

2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔疲劳特性研究

2524-T3铝合金被认为是目前综合性能最好的飞机蒙皮用铝合金,研究其在疲劳载荷状态下的力学性能对材料的安全使用具有重要的意义。通过疲劳试验研究2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔试样在一种典型应力比、不同载荷水平下的疲劳性能,得到铆钉填充锪窝孔试样疲劳裂纹寿命的p-S-N曲线,同时借助扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。研究结果表明:2524-T3铝合金铆钉填充锪窝孔试样具有良好的抗疲劳损伤性能;在指定疲劳寿命条件为3×106周次下,试样在室温轴向疲劳加载条件下的条件疲劳极限为108MPa;疲劳断口由疲劳源区、裂纹扩展区及瞬断区组成。

锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子的有限元分析

对锪窝填充孔孔边角裂纹应力强度因子进行研究对提高结构安全性具有重要意义。根据飞机上常用的锪窝铆接典型结构,运用ANSYS软件对锪窝孔孔边角裂纹进行有限元分析,建立铆钉与锪窝孔接触模拟铆钉对锪窝孔的填充作用。计算得到含铆钉填充以及空孔时锪窝孔边不同裂纹尺寸下裂纹前缘的应力强度因子分布。对比分析结果表明:铆钉填充能显著降低锪窝孔边角裂纹的应力强度因子,提高结构寿命。

面向航空锪窝孔制孔质量的手持式视觉检测方法

飞机结构存在大量的标准连接孔,为了保证飞机装配质量,需要对锪窝孔的制孔质量进行检测。基于机器人或机床的视觉检测设备存在定位精度低、局部位置难到达、易受环境光影响等问题,提出了一种面向航空锪窝孔制孔质量的手持式视觉检测方法,开发了锪窝孔孔径及窝深的亚像素检测算法,设计了一种手持式视觉检测设备,对机械结构、硬件系统和软件系统进行了详细阐述。以航空结构标准试验件为对象,将本方法所测孔径和锪窝深度与第三方认证机构的测试结果进行了对比。结果表明,本方法孔径精度测量精度优于0.01 mm,锪窝深度测量精度优于0.1 mm。设计的手持式视觉检测设备检测精度高、应用范围广且不受环境光的影响。

高效加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与工艺研究

介绍了一种加工硬质合金沉孔用新型金刚石工具与加工工艺。采用电镀和烧结金刚石磨头在数控铣床上,以螺旋进刀的加工方式,在不同进刀量和进给速度条件下,研究加工效率和磨头寿命的关系;研究不同尺寸、槽型的电镀和烧结金刚石磨头对不同材质的硬质合金沉孔的加工效率和沉孔精度等的影响;并采用扫描电镜(SEM)和光学显微镜分析金刚石磨头的显微组织。结果表明:与电镀金刚石磨头相比,烧结金刚石磨头具有更好的使用寿命和加工效率,将传统硬质合金沉孔(13 mm×5 mm)每孔的加工时间由2 h缩短为10~15 min,且每只磨头的打孔寿命约为33~42个。该研究有望进一步增大硬质合金等硬脆带孔材料的应用范围。

飞机蒙皮埋头钉孔裂纹扩展有限元分析

利用扩展有限元方法研究了飞机外蒙皮埋头钉孔划窝角度和深度对蒙皮裂纹扩展寿命的影响,对工程常用的标准埋头钉孔构型进行了裂纹扩展分析.分析结果表明,埋头钉孔划窝会减少蒙皮结构的寿命,但随着蒙皮厚度增加,划窝的影响逐渐减小.分析结论和数据可用于对蒙皮结构寿命工程估算的修正.

一种新型壁板类机器人制孔支撑夹具的应用

飞机装配中设备制孔锪窝深度是自动制孔较难控制的一个参数。产品的刚性对锪窝深度的影响较大,刚性越好,锪窝制孔窝深质量越稳定,这也是很多制孔设备在平板试刀台上制孔锪窝深度控制很好,但在飞机产品上制孔锪窝深度较难控制的原因,文章针对单侧壁板类机器人制孔时产品保形方案进行问题分析,找出解决办法,通过提出一种新型壁板支撑夹具的应用,通过试验验证新方法的可行性。

沉头孔螺旋铣削加工有限元仿真分析

航空航天构件装配过程中需要加工大量沉头孔,难加工材料的大量使用给装配制孔技术带来了新挑战。螺旋铣孔是一种装配制孔新方法,配合特殊刀具可实现沉头孔加工,并且能够利用螺旋铣孔切削原理上的特点来提高沉头孔加工质量。首先,进行了沉头孔螺旋铣削加工的运动学分析,然后利用有限元仿真了钛合金材料沉头孔螺旋铣削过程。接下来,通过沉头孔螺旋铣削试验中的切削力和切屑形态对有限元仿真的准确性进行了验证。最后,使用建立的仿真模型分析了锪窝深度和工艺参数对钛合金沉头孔螺旋铣削过程中刀具所受切削力的影响规律。

基于十字激光的双目视觉钻铆孔质量检测

为了获得飞机蒙皮自动钻铆中锪孔的孔径尺寸和锪窝的深度信息,本团队搭建了一套基于双目视觉的检测系统。在立体匹配环节,该检测系统以十字激光在钻铆孔上的交点作为匹配基准,构建左右图像边界点的投影映射模型,同时采用基于模拟退火算法的多层感知器模型对脱离映射关系的边界点进行二次修正优化,解决了边界区域因亮暗变化差异微小导致的误匹配问题,保证了边界点的匹配精度;在双目视觉的三维重建中,以拟合空间曲线的方式建立钻铆孔的空间圆锥模型,从而得到钻铆孔的内孔孔径和锪窝深度。实验结果表明,基于十字激光匹配方法生成的点云数据的法向绝对偏差小于0.018 mm,而孔径测量误差以及锪窝深度测量误差均在0.04 mm以内,有效提高了钻铆孔的检测精度。

基于线激光扫描的飞机表面锪窝孔参数提取方法

飞机表面孔的加工和检测仍是飞机自动化装配领域的一大瓶颈,主要有工程量大,材料复杂多样,精度要求高以及表面多为大型自由曲面等原因。为了实现飞机表面锪窝孔的非接触式自动化检测,首先分析实际工程中锪孔检测的难点,结合装配时的根本质量需求和接触式量规的测量原理,给出锪孔参数的评价标准;然后,借助窝深量规的测量原理,提出一种针对粗糙曲面工件的补偿模型及修正算法;最后,基于线激光三维扫描技术得到的点云数据及灰度图,综合运用点云库和计算机视觉等技术,提出一种飞机表面锪孔参数的高精度提取方法。通过多组试验,比较该方法测量结果与标准件及量规测量结果的差异,验证了该方法能够高效、准确地检测锪孔的相关参数。

基于卷积神经网络的三维沉孔特征识别及关键参数提取

精冲零件的工艺特征识别和关键参数提取是实现精冲工艺设计智能化的关键。针对典型精冲工艺特征——沉孔,构建了一个以三维CAD模型为输入的特征识别和参数提取模型。利用改进的自适应体素化算法,将基于参数驱动批量生成的沉孔CAD模型转化为体素化模型,建立模型样本数据集;采用两步法,分别以工艺特征体素化模型为输入建立基于三维卷积神经网络的沉孔特征识别模型和以沉孔中心截面图像为输入建立基于二维卷积神经网络的参数提取模型,依次实现了3类主要沉孔特征的分类识别和参数提取。经过验证和评估,所建模型对于沉孔特征类型识别与关键参数提取均有较高的准确率,可以为精冲工艺的智能化工艺设计提供有力支撑。