从大国工匠看中国航空发动机装配技术

2016-6-25 19:05| 发布者: 强天鹏| 查看: 1731| 评论: 0


  • 作者:江湖观察使    
  • 《大国工匠》系列节目契合了中国这样一个制造业大国对工匠精神的呼唤,已经成为中央电视台的名牌节目。2015年五一开播第一季《匠心筑梦》,国庆期间播出第二季《为国铸剑》,2016年五一播出第三季《匠心传世》。

这一系列节目中的许多事例,直接反映了我国的制造技术水平。其中,第三季《李志强:飞天梦想指尖传奇》中提到的工作内容与笔者一直以来的工作内容有很大交集。从与我的工作经验对比来看,我国航空发动机的制造技术,尤其是装配技术还有很大的改进空间。

在这一节目中,采访了沈阳黎明发动机厂的首席装配技师李志强,他已经在航空发动机装配线上工作了三十多年。片中把装配“太行”发动机的人比做真正的国之瑰宝,而培养一个发动机装配工不亚于培养一个飞行员。在片中可以看到,李志强师傅手中拿的是一把普通的扳手,而据他所说拧紧螺栓需要多大劲、多大角度都是有诀窍的,而这一切要靠装配工人自己去悟。                        

片中航空发动机装配应用的螺栓连接技术是工业连接技术的一种,其他工业连接技术还有焊接技术、铆接技术等。螺栓连接是最常见的工业连接技术,也可以称为拧紧技术。笔者通过简单描述螺栓连接技术的发展,从中可以看出我国航空发动机的装配目前还处于初级阶段,远远没有实现自动化与标准化,必然存在质量与可靠性问题。

在对数量众多的螺栓拧紧过程中,会出现漏装螺丝、螺纹损坏、扭矩错误、角度错误、重复性差、返修、没有可追踪性等问题。上述问题大多数都是不言自明的,需要说明的是重复性差与没有可追踪性这两个问题。重复性差说的是同型产品同一位置,拧紧同一螺栓的扭矩与角度等不同。没有可追踪性说的是无法查询到曾经拧紧的某个产品上某个螺栓的拧紧数据。

为了解决上述质量问题,陆续采取了一系列技术措施,从而达到一定的质量水平。按照可以达到的质量水平分为0~5级,也代表了拧紧技术从低到高的发展过程。

0级水平:把部件结合在一起。这是拧紧技术的原始状态,仅仅使用简单的手动、电动、气动工具把螺栓拧紧,没有精度和过程的安全等级要求,操作人员和工具无法决定精度。节目中李志强师傅所用的扳子就是这种最简单的工具,它本身没有办法确定精度,而操作者凭感觉是不可靠的。

0级水平使用的拧紧工具

1级水平:确保一个正确的拧紧扭矩。使用预先精确设定扭矩的工具,这个工具可以是手动的扭矩扳子或者电动拧紧工具。在这一水平中,质量仍会受到操作人员和工件的影响。

实际上,这一步中最重要的是事先根据工件的材料、负荷等情况,确定每一个螺栓的拧紧扭矩,这是拧紧技术最重要的一项。拧紧扭矩应该由产品设计人员在设计与试验过程中计算确定,是设计与试验工作的重要内容,而不应该由李志强师傅这样的装配工人在工作中去悟,这个悟的过程将导致大量的质量问题,而且不能数量化的悟是无法传承的。

通过多年的实践,螺栓连接技术总结了一系列的经验进行扭矩计算。

扭矩计算的经验准则


1级水平使用的拧紧工具

2级水平:确保所有的螺栓被拧紧。拧紧工作具有计数功能,并存储每一个对应螺栓的扭矩。装配工人在生产过程中,按照计数顺序进行拧紧,全部拧紧完毕会出现完成指示。这样就避免了操作人员遗漏拧紧螺栓这样的常见装配质量问题。

2级水平使用的拧紧工具

3级水平:确保正确连接。这一级水平需要能执行拧紧控制程序的拧紧控制器、伺服控制的电动拧紧工具,同时还具备上一级水平的计数功能。

如果螺纹等存在问题,虽然扭矩达到要求了,但是工件并没有被可靠连接,可以通过控制系统对拧紧角度进行监控来判断是否正确连接。工件被拧紧后,由于材料具有弹性,如果弹性不被及时释放,将会在以后缓慢释放,这将导致质量问题。为了及时释放弹性,可以在拧紧过程中采用两步拧紧法,中间有一间歇来释放弹性。

3级水平使用的拧紧工具

这些拧紧方法形成复杂的拧紧控制程序,由拧紧控制系统控制电动拧紧工具自动执行,这一点是李志强师傅这样的装配技工无法做到的。节目中说人工拧紧时可以控制速度与角度,这是不现实的。

4级水平:确保有安全性要求的连接件正确拧紧。这需要拧紧工具具有测量扭矩的传感器,在整个拧紧过程中连续监测扭矩,自动判断拧紧是否合格,并把校准扭矩、实际扭矩、工件识别代码与日期等传送存储在控制器中,可以从控制器中导出查询与跟踪。相对于3级水平,改进了拧紧控制器,使之能保存拧紧数据。

4级水平使用的拧紧工具

5级水平:零出错拧紧。工具控制器接入工厂网络,配合零部件识别系统,把拧紧数据全部保存在数据库中,对不合格品进行分析与控制,实现可追溯性。一般情况下,工具控制器与自动化生产系统的PLC实现通讯,甚至接入制造执行系统EMS。

5级水平使用的拧紧工具

拧紧质量阶梯图

对照我国航空发动机工业,基本上还处在0级水平。但是,这不是类似李志强师傅这些装配技师的问题,而是我国航空发动机产品设计与制造水平还需要提升。

如果实现了以上拧紧质量进阶,基本上就排除了操作人员的因素,无需用几十年时间培养一个装配技师,实现生产倒班也不是问题,产品质量与生产效率将得到大幅提升。

目前,工业拧紧技术基本被瑞典、德国的数家公司垄断,全世界都使用这几家公司的技术与产品。在航空发动机产业引进欧洲拧紧技术与产品可能会遇到障碍。某汽车企业在购买德国某公司的轮胎拧紧机时,还被要求提供最终用户证明。

11

路过
1

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

刚表态过的朋友 (12 人)