1、白皮書航空常用緊固件數字裝配 智能生態CONTENTS 目錄一、斷帽式高鎖螺栓 01-03二、定扭式高鎖螺栓 04-06三、雙六角面高鎖螺栓 07-08四、ASTER 系列高鎖螺栓 09-11五、Eddie-Bolt 高鎖螺栓 12-13六、PULL-STEM 和 PULL-IN 高鎖螺栓 14-15七、定位銷 16-18八、鉚釘 19-231斷帽式高鎖螺栓是發展最早，至今為止應用最普遍的一種。常用規格如下：抗拉應用：HST12/HST13 (PIN)、HST78/HST95(COLLAR)抗剪應用：HST10/HST11 (PIN)、HST79/HST97(COLLAR)抗拉和抗剪型高鎖螺栓

2、其結構相同，只是多數情況下抗剪型大都選擇鋁合金（如7075-T73）高鎖帽。斷帽式高鎖螺栓結構示意圖：一、斷帽式高鎖螺栓隨著現代航空技術的發展，大量的新型材料被用于飛機結構，最典型的代表是復合材料（CFRP）的普遍應用，導致了飛機裝配工藝的變革，大量的新型緊固件被用于飛機制造，其中最具代表性的就是高鎖螺栓的大量使用。什么是高鎖螺栓？高鎖螺栓，其全稱為高抗剪自鎖式螺栓。按照飛機不同部位應用的要求，分為抗拉型和抗剪型兩大類別；按照其結構及安裝方式又分有多種類型。本課堂分幾期介紹高鎖螺栓的種類及其對安裝工具的要求。2一、斷帽式高鎖螺栓1.穿入高鎖釘 PIN 并帶入高鎖帽 COLLAR;2.擰緊工具的

3、六角芯保證在安裝過程中高鎖釘（PIN）靜止不動；3.持續擰緊高鎖帽直至六角部分被擰斷分離，此時，高鎖螺栓也被安裝在正確的扭矩下。高鎖螺栓的安裝步驟：優化設計的 Hi-Lite （HST）比 Hi-Lok （HL）在降低重量方面效果顯著，尤其是抗剪型，其重量可降低 13%。但對抗拉型來說，重量降低不明顯。不過，這已經是一個很了不起的進步了，因為通常一架飛機上有 85%以上的高鎖螺栓是抗剪的。需要說明的是，早期的Hi-Lok（HL）已經基本被Hi-Lite（HST）取代，其優點如下：在保證強度的前提下，釘體與第一道承載螺紋之間的過渡區域縮短，使其尺寸更小，重量更輕，如下圖。高鎖帽的過渡區域也隨之變

4、短，使其與高鎖釘的配合更加緊湊；1233一、斷帽式高鎖螺栓高鎖螺栓安裝示意圖：典型高鎖螺栓安裝工具結構如下圖所示：斷帽式高鎖螺栓另一大優點是對安裝工具無定扭要求，只要求工具的輸出扭矩大于斷帽扭矩（Torque-Off）即可，這可以降低整套工具的成本。另外，安裝工具須使用非沖擊式工具，如是氣動工具，其空載轉速低于 400 rpm。4二、定扭式高鎖螺栓高鎖螺栓采用斷帽式是因為早期的動力工具相對簡單，普遍不具備精確的輸出扭矩能力，為了保證高鎖螺栓被安裝在正確的扭矩范圍之內，不得已采用的方式。但是，應該看到，斷帽式高鎖螺栓的生產工藝復雜、成本較高，斷帽部分又造成了原材料的浪費。隨著工具技術的不斷發展，

5、現在大多數的動力工具已具備可以精確控制輸出扭矩的能力，于是定扭式高鎖螺栓（非斷帽）的應用也會越來越多。對已加工成型的螺母施加外力擠壓，使其幾何變形以加大螺紋副的摩擦力實現自鎖的作用。早期為兩點擠壓，現在大都采用 3 點擠壓。ASNA 2532，8740 合金六角自鎖螺母，法宇航（空客）標準 NAS 1805，A286 合金 12 角自鎖螺母，美國國家航空航天標準 STR 20，鈦合金六角自鎖螺母，LISI 標準 B0203057，A286 合金六角高鎖螺母，龐巴迪標準高鎖螺栓自鎖的原理：常用的定扭式高鎖螺栓：在飛機制造工藝中，還使用大量的定扭自鎖螺母：三點擠壓兩點擠壓5二、定扭式高鎖螺栓 動力

6、工具必須具備輸出扭矩精確可控的能力；根據高鎖螺栓型號的不同，有的需要六角芯（高鎖螺栓），有的不需要六角芯（自鎖螺母）；工具的輸出扭矩需定期標定，以保證符合生產工藝的要求。如果是 12 角螺母，通常有下面兩種不同的形式，雙六角(DH)和 3 個四方(XZN)，每個夾角的角度是不同的（見下圖）。要注意其安裝工具的套筒是不能通用的。定扭式高鎖螺栓對安裝工具的要求：典型定扭式高鎖螺栓安裝工具結構如下圖所示：6二、定扭式高鎖螺栓一般來說，定扭式安裝工具亦可用于斷帽式，只要工具的輸出扭矩大于斷帽扭矩即可。但是，斷帽式安裝工具不能用于定扭式高鎖螺栓的安裝。另外，需采用非沖擊式定扭工具，對氣動工具，其空載轉速

7、低于 320 rpm，以保證其扭矩精度。7三、雙六角面高鎖螺栓最初由空客(Airbus)提出，稱其為“Bi-Hex Nut”，LISI 稱其為“Reduced-Hex”。最明顯的結構特征是具有上下兩個六角面，使其同時具有斷帽式和定扭式兩種類型的特點，拓展了其應用范圍。理論上講，Bi-Hex 高鎖帽既可以當斷帽式使用，也可以做定扭式高鎖螺栓使用；方便的可逆性，可以使用簡單的工具對高鎖螺栓進行拆卸。當然，典型的應用在于其可以實現預擰緊，也就是說先使用定扭工具加深套筒將構件內所有高鎖螺栓擰至預設扭矩，最后再使用淺套筒工具將其擰至斷帽，這樣做的好處是可以消除部件的應力，使得所有高鎖螺栓對部件的夾緊力實

8、現均衡。還有一點，Bi-Hex 高鎖帽的尺寸相比標準高鎖帽要小，可以接受離干涉面較小的距離，這在飛機裝配工藝中也是很重要的特點。如下圖所示：Bi-Hex 的優點及特征：標準型自適應型自密封型相比標準高鎖帽，可以接受更小的“邊-心”距8三、雙六角面高鎖螺栓 第一步，預擰緊，不拉斷，使用深套筒，工具設定扭矩，安裝至預設扭矩；第二步，最終擰緊，使用淺套筒，擰緊至斷帽（工具不需定扭），安裝完成。HST 1380，鋁合金雙六角面高鎖螺母，LISI 標準 ASNA 2528，鋁合金雙六角面高鎖螺母，法宇航（空客）標準 ASNA 2536，不銹鋼雙六角面高鎖螺母，法宇航（空客）標準 典型的安裝工具解決方案是

9、采用兩把工具分別完成兩個階段的安裝；預擰緊階段需要深套筒加長六角芯，動力工具必須具備輸出扭矩精確可控的能力；最終扭矩階段使用淺套筒加普通動力工具，也就是前面所說的斷帽時安裝工具；須采用非沖擊式動力工具，如是氣動工具，其空載轉速低于 320 rpm。安裝步驟：常用的雙六角面高鎖螺栓：Bi-Hex 高鎖螺栓對安裝工具的要求：9四、ASTER 系列高鎖螺栓下表可以說明 ASTER 系統明顯的優勢：ASTER 系統的特點：ASTER 系統是一種新型的高鎖螺栓，由 LISI 公司提出并發展而來。ASTER 系統最明顯的特征就是把高鎖釘的六角窩改為五角梅花窩，這種五角梅花窩改善了定位銷的受力分布，使得安裝

10、工具的定位銷可以抵抗更大的扭矩，也具有更長的壽命。ASTER 系統主要應用：ASTER 系統主要適用于復合材料或多種材料疊層結構的高鎖螺栓安裝。由于其顯著的優點，所以很快被全球航空業普遍采用。內六角10四、ASTER 系列高鎖螺栓ASTER系統的定位銷統一規格是其另一大亮點，這使得工具選型非常方便，如下表：HI-LITE，也就是采用了 ASTER 系統的 HST，LISI 稱其為 HSTR 系列，如HSTR 13 鈦合金 100沉頭抗拉高鎖釘；HI-KOTE，與 HI-LITE 系列相同，只是釘體帶涂層；SLEEVE TAPER-HI-LITE ，帶錐度和套管的高鎖螺栓系列，LISI 稱其為

11、STL系列，如 STL 600 鈦合金凸頭抗拉高鎖釘（套管材料為 321 不銹鋼）。前面幾期我們已經介紹過 HI-LITE 系列，這里我們重點談談 SLEEVE TAPER-HI-LITE，帶錐度和套管的高鎖螺栓 STL。LISI 至今已經發展了三個采用 ASTER 系統的高鎖螺栓系列：步長11四、ASTER 系列高鎖螺栓STL系統具有高水平的機械強度，其特殊的設計尤其適用于在復合材料結構中實現無傷害的過盈配合安裝，同時也可用于防雷擊保護的解決方案。需要說明的是，到目前為止，與 ASTER 高鎖釘配套的高鎖帽無一例外的選擇STR (STARLITE )系列鈦合金六角自鎖螺母，如 STR20/6

12、0/80 等，其外觀如下：動力工具必須具備輸出扭矩精確可控的能力；定位銷須為 ASTER 系統，并能實現快速更換，如下圖；須采用非沖擊式定扭工具，對氣動工具，其空載轉速低于 320 rpm，以保證其扭矩精度。ASTER 高鎖螺栓系列對安裝工具的要求：12五、Eddie-Bolt 高鎖螺栓這是一種全新概念的高鎖螺栓，由原美鋁的 AFS（Alcoa Fastening System）提出并發展。注：美鋁（Alcoa）的緊固件系統分部（AFS）在 2015 年自美鋁剝離，現并入豪梅特航空（Howmet Aerospace）。Eddie-Nut 高鎖帽，帶有 3 個凸耳；Eddie-Pin 高鎖釘，帶

13、有 5 個凹槽。安裝工具的套筒為內三角形，安裝后，Eddie-Nut 高鎖帽的 3 個凸耳的材料被擠壓后進入高鎖釘的 5 個凹槽內，形成螺栓的自鎖。一般認為，Eddie-Bolt 的自鎖能力要大大優于螺紋幾何變形類的自鎖螺母，所以，AFS 認為 Eddie-Bolt 具有極佳的自鎖能力。其最明顯的結構特征有兩個：Eddie-Bolt 的安裝與自鎖原理：常見的 Eddie-Bolt 高鎖螺栓：13五、Eddie-Bolt 高鎖螺栓安裝之前：安裝之后：安裝工具不需要定扭，只要輸出扭矩大于螺栓的技術規范要求即可；使用非沖擊式工具，轉速低于 250 rpm；部分 Eddie-Bolt 使用六角芯，部分

14、 Eddie-Bolt 使用花鍵芯 Spline-Lok。Eddie-Bolt 高鎖螺栓對安裝工具的要求：說明：需要說明的是，Eddie-Bolt 的技術細節目前尚未完全公開，尚處于 ITAR（美國國際軍火交易法規）的管控之下，AFS 有選擇的向中國客戶開放其技術細節。馬頭動力公司可以向其客戶提供全系列的 Eddie-Bolt 安裝工具。另外，Eddie-Bolt 目前國內尚無統一的中文名稱，本文慎重起見仍采用其英文名稱，望讀者鑒諒。14六、PULL-STEM 和 PULL-IN 高鎖螺栓在飛機裝配中，大多數的高鎖螺栓與基孔屬于干涉配合，尤其是針對復合材料和多種材料夾層，這種情況下，高鎖釘（P

15、IN）對基孔的無損穿入就是一個普遍性的工藝難點。PULL-STEM和PULL-IN系統就很好的解決了這個難題。PULL-STEM（HSL），針對較小尺寸的高鎖釘（-6 到-16），適用于 0.2%到 1.5%的過盈配合，如 HSL 11 鈦合金 100沉頭折斷式抗剪高鎖釘；LISI 推薦高鎖帽采用 STR 系列鈦合金六角自鎖螺母，如 STR20。當然，也可以使用 HST 斷帽螺母系列。PULL-IN（HPL），針對較大尺寸的高鎖釘（-14到-32），適用于 0.9%的過盈配合，如 HPL 10 鈦合金凸頭螺紋拉入式抗剪高鎖釘。PULL-STEM 和 PULL-IN 高鎖螺栓系列由 LISI 提

16、出并發展：PULL-STEM（HSL）系列的安裝過程：15六、PULL-STEM 和 PULL-IN 高鎖螺栓PULL-IN（HPL）系列的安裝過程：HSL和 HPL高鎖螺栓對安裝工具的要求：下面我們通過兩個小視頻來了解 PULL-STEM 和 PULL-IN 高鎖螺栓的安裝過程：安裝工具需具備定扭矩能力，當采用 STR 系列自鎖螺母時；須使用非沖擊式動力工具，如是氣動工具，其空載轉速小于 320 rpm；安裝工具無需定位銷系統；LISI 推薦專用的液壓拉槍實現 HSL和 HPL高鎖螺栓的拉入。PULL-STEM（HSL）系列的安裝：https:/ PULL-IN（HPL）系列的安裝：http

17、s:/ Fasteners），英文直譯為“臨時緊固件”，我們一般稱為“定位銷”，也有稱為“穿心夾子”。是飛機裝配及飛機維修過程中普遍采用的工藝性緊固件，其最顯著的優點是可以單面安裝和拆卸。夾緊對齊：定位銷可保證多個疊層的部件對齊，其夾緊力可消除疊層之間的間隙，避免在制孔過程中出現層間毛刺；預夾緊：對要裝配的大型部件進行預夾緊可以消除材料內部的應力；密封性：對需要密封的部件，如油箱和增壓艙，使用定位銷可以保證密封膠涂層的均勻，確保完全密封性。鉆模固定：大型定位銷，如 LISI 的 352、353 系列，其超強的夾緊力可用于鉆模的固定與夾緊，使得鉆模的安裝與拆卸非常方便。定位銷主要作用如下：定位銷

18、的結構及安裝過程：17七、定位銷常見定位銷及特點：全球最主要的定位銷生產廠有兩家：1.Monogram（美國），主要有兩大系列：2.LISI（法國），提供全系列的定位銷產品，常用的產品系列及規格如下：將要夾緊的疊層上的孔對齊將定位銷插入孔內開始擰緊定位銷，兩個葉片被擴開并沿分離桿移動葉片的箭形頭與工件背面接觸產生夾緊力。系列系列系列系列系列系列系列系列系列系列系列系列系列CB/CS 系列KH 系列圓柱驅動端圓柱銷體六方銷體六方驅動端注：H 表示六方，如 H12 表示對邊 12 的六方；D 表示圓柱，如 D10 表示直徑 10 的圓柱18七、定位銷 六方定位銷可以提供較大的夾緊力，其安裝工具結構

19、也較簡單，但會經常發生卡死現象，使得安裝完成以后工具與定位銷分離困難，影響工效（一般會在工具上加裝“鎖定-解鎖”機構，便于工具的脫離）；圓柱形定位銷極少發生卡死現象，安裝后工具脫離順暢，使得安裝與拆卸工效很高。但安裝工具結構較為復雜。LISI 開發的“圓柱+六方”形式的定位銷，如 32、42 和 44 系列，比較好的平衡了上述兩種定位銷的特點，即便于安裝后工具與定位銷的分離，又使得安裝工具的結構不過于復雜，見下圖：為了保證所有定位銷的夾緊力均衡，要求使用自停式動力工具以控制輸出扭矩（一般在 0.6-4.7 Nm 之間可調）；為了平衡安裝精度和工效之間的關系，通常，工具的轉速選擇在 800-11

20、00 rpm之間；特別提醒，任何沖擊式安裝工具將對工件和定位銷產生不利的影響；不同形式定位銷的特點：定位銷對安裝工具的要求：有關定位銷安裝工具的詳情，請咨詢您當地馬頭工具的銷售代表。圓柱六方19八、鉚釘鉚釘（Rivets），自從全金屬飛機誕生以來，鉚釘一直是飛機結構最主要的緊固件被大量使用，這主要歸結于鉚釘的以下優點：工藝簡單，不需要高精度的制孔；鉚接后可消除孔與鉚釘的間隙使其具有較強的抗剪能力；優異的不可逆性，使其具有高可靠性；緊固件的標準化使得成本低廉。這種情況一直持續到近十幾年，現代先進飛機復合材料(CFRP)的大量使用。由于復合材料的結構特性，裝配工藝要求不能使用沖擊式鉚接的方法，所以

21、，鉚釘的使用數量大為減少。即便如此，鉚釘仍然是飛機結構中使用量最大的緊固件（B-787和A-350除外）。從材料上分，大致有鋁合金，如 7075、銅鎳合金 Monel(Cu-Ni)和鈦合金(Ti-Cb 或T40)；從形狀上分，主要有兩大類：沉頭鉚釘主要用于有氣動外形要求的結構面；圓頭鉚釘主要用于飛機內部結構件。通常，不同顏色表示同類鉚釘中不同的材料牌號，如美軍標 MS 規范：金黃色(AD):2117；紅色(DD):2024，藍色(B):5056，淺綠色(D):2017，等等。鉚釘的種類：20八、鉚釘下面以常用的 MS 20470 為例說明標號各部分的含義：歷史上，航空業曾經使用過多種規格的鉚釘

22、（如下圖），但這些現在基本不再使用。以空客和波音為例，航空鉚釘基本集中在兩個標準：AN426，如 MS20426（美軍標，100沉頭鉚釘）AN470，如 MS20470（美軍標，通用圓頭鉚釘）注意：圓頭鉚釘和沉頭鉚釘對長度的定義是有區別的：鉚釘的標號：鉚釘的安裝過程：使用鉚槍https:/ 使用壓鉚機https:/ 1/16”的倍數鉚釘直徑，是 1/32”的倍數材料牌號，AD:2117序列號，代表鉚釘頭部類型標準系代碼，MS：美軍標21八、鉚釘鉚釘的標號和直徑一般在飛機設計階段就已確定。鉚釘長度，決定了鉚釘成形以后其墩頭是否符合工藝要求。一般情況下，鉚釘長度的選擇按照以下規則：墩頭：鉚釘鉚接后

23、的墩頭尺寸，全球無統一標準，波音和空客各有自己的規范：通常，量規是檢驗鉚接質量必備的工具：鉚釘的使用要點：鉚釘直徑鉚釘直徑鉚釘直徑鉚釘直徑長度 L=1.5 x 鉚釘直徑+材料厚度例如：材料厚度=5mm，鉚釘直徑=3.2mm則，鉚釘長度 L=1.5x3.2+5=9.8mm此時，可選擇最接近的鉚釘長度 9.5mm，如：MS 20470AD4-622八、鉚釘隨著對飛機結構強度要求的不斷提高，鈦合金的使用量越來越大，鈦合金鉚釘的使用量也隨之越來越多。由于鈦合金硬度高，塑性差，鉚接后難以形成像鋁合金那樣圓滑的墩頭，所以新近發展的鈦合金鉚釘大都以半空心式居多。半空心式鉚釘安裝制孔需要雙面锪窩（都是100）

24、，另外，不適用沖擊式鉚槍安裝，一般使用壓鉚機或自動鉆鉚工作站(Automated Drilling-Riveting Station)進行安裝。常見的鉚接工具如下：常用的 100抗剪頭鈦合金半空心鉚釘，如 BACR15GA（Boeing 標準）、CSR90433（Cherry 標準）等。鈦合金鉚釘:常用鉚接工具及設備:鉚接后成形的墩頭23八、鉚釘1.鉚槍，傳統的鉚接工具，歷史悠久，使用廣泛。但由于其工作方式為沖擊式，不適用于現代飛機的新材料，主要是復合材料 CFRP 的工藝要求，所以使用量在逐漸萎縮，波音和空客的先進飛機生產線已經不再使用鉚槍；2.手提式壓鉚機，也是傳統的鉚接工具，優點是噪音小

25、、鉚接質量高、可單人操作。但由于受制于重量和弓臂尺寸，所以一般只在飛機有限的部位使用，比如框的連接。但隨著大量的新材料 CFRP 的應用，壓鉚機的應用開始變得活躍起來，其使用量明顯呈上升趨勢；3.自動鉆鉚工作站，先進的全自動數控加工，自動完成定位鉆孔送釘壓鉚等工序，整個過程不需人工干預，是飛機生產過程中最先進的設備，也是飛機制造工藝裝備發展的方向。關于馬頭動力工具馬頭動力工具（Desoutter Industrial Tools）成立于1914年，總部設于法國。公司致力于創新設計、研發和制造滿足于市場需求的工業工具，包括氣動和電動裝配工具、先進的鉆孔、打磨類材料去除工具以及用于工具標定與校準的扭矩測量系統。作為始終專注于電動和氣動裝配工具行業的供應商，馬頭動力工具還為全球超過170個國家的客戶打造全方位的解決方案（包括工具、服務和項目），涵蓋航空航天企業、汽車制造商、汽車零部件供應商、生產線體商以及輕工業與通用工業等生產裝配領域。近年，馬頭動力工具“數字裝配，智能生態”創新與發展旨在為客戶提供強有力的支持，幫助客戶實現快速轉型，建成工業4.0工廠。智能擰緊中樞數字裝配 智能生態掃描二維碼關注馬頭動力工具公司地址：上海市松江區莘磚公路 518 號 37 號樓聯系電話：021-31108602電子郵箱：Lisa-cndesouttertools.info官網地址：馬頭動力工具