Warum werden in Flugzeugen Nieten anstelle von Schweißnähten verwendet? Die Antwort liegt in den einzigartigen Herausforderungen der Luft- und Raumfahrttechnik. Nieten bieten mehr Stabilität und Zuverlässigkeit, was für die dünnen, leichten Materialien, die in Flugzeugen verwendet werden, unerlässlich ist. Im Gegensatz zu Schweißnähten, die im Laufe der Zeit durch Hitze und Ermüdung beschädigt werden können, bieten Nieten gleichbleibende Qualität und einfache Wartung. In diesem Artikel werden die Gründe für die Vorliebe der Industrie für Nieten erläutert und die Vorteile, die sie in Bezug auf Produktion, Leistung und Sicherheit bieten, untersucht.
Bei genauer Betrachtung eines Flugzeugs kann man zahlreiche Nieten auf der Außenhaut erkennen. Dieses Nietverfahren ist auch beim Bau von großen Brücken üblich.
Es heißt, dass für ein C919-Flugzeug Millionen von Nieten benötigt werden, während für ein A380-Passagierflugzeug über fünf Millionen Nieten erforderlich sind.
Warum also schweißen sie das Flugzeug nicht einfach, anstatt diese scheinbar umständliche Methode zu wählen? Nietverfahren?
In der Luft- und Raumfahrtindustrie gibt es ein Motto: "Wir wollen jedes einzelne Gramm einsparen". Um das Flugzeug leichter zu machen, verwenden die Hersteller die leichtesten Materialien, die auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind.
Die Außenhaut eines Flugzeugs ist in der Regel sehr dünn, um Gewicht zu sparen. Die Herausforderung, solch dünne Häute zusammenzuschweißen, ist enorm.
Darüber hinaus sind einige Flugzeugkörper aus Aluminium gefertigt, das eine relativ schlechte Hitzebeständigkeit aufweist. Die Schweißverfahren erzeugt eine große Menge an Wärme, die für Flugzeuge mit Aluminiumgehäuse eindeutig ungeeignet ist.
In den modernsten Verkehrsflugzeugen der Welt werden in großem Umfang Verbundwerkstoffe verwendet. Auch diese Materialien können durch Schweißen beschädigt werden. Die Verbindung zwischen verschiedenen Materialien muss auf physikalische Weise gesichert werden.
Während meines ersten Fluges saß ich in der Nähe des Flügelfensters. Als das Flugzeug in Turbulenzen geriet, zitterte der Flügel merklich, was in mir eine Welle der Angst auslöste.
Ich glaube, viele von Ihnen haben solche Szenarien schon erlebt, bei denen die Tragfläche des Flugzeugs bei starken Turbulenzen dramatisch schwingt.
Während dieses kontinuierlichen Schwingungsvorgangs würde die Haut des Flügels entweder gedehnt oder gestaucht werden. Bei einem Schweißverfahren würde die Festigkeit an den Schweißpunkten unter diesen wiederkehrenden Spannungswechseln deutlich abnehmen.
Im Laufe der Zeit können an diesen geschweißten Stellen kleine Risse entstehen. Wenn sie nicht rechtzeitig entdeckt werden, stellen sie ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.
Verkehrsflugzeuge haben in der Regel eine Betriebsdauer von mehr als zehn Jahren, und Schweißnähte sind anfällig für Metallermüdungsprobleme, was zu einer suboptimalen Verbindung führt. Umgekehrt kann das Nieten die Schwingungsübertragung zwischen den verbundenen Teilen reduzieren und damit das Risiko von Vibrationsrissen verringern. In Bezug auf wiederkehrende Spannungsänderungen bietet das Nieten eine bessere und zuverlässigere Festigkeit.
Qualität beim Schweißen hängt weitgehend vom Geschick des Anwenders ab, und es ist sehr willkürlich, ob er zu dünn oder zu dick ist. Es ist schwierig, einheitliche Standards festzulegen.
Im Gegensatz dazu weisen die im Nietprozess verwendeten Nieten minimale Parameterfehler auf, was die Qualitätskontrolle und die standardisierte Produktion erleichtert.
Jeder weiß, dass bei der Herstellung von Flugzeugen der Bedarf an Standardisierung hoch ist.
Der wichtigste Aspekt in der Luftfahrtindustrie ist die gleichbleibende Qualität. Ein Flugzeug hat Millionen von Nieten, und die erste produzierte Niete muss identisch sein mit den zig Millionen, die folgen.
Die Anforderungen an die Festigkeit von Nieten in Flugzeugen liegen bei bis zu 1100 Megapascal, was dem Gewicht von zehn Limousinen auf einem Quadratzentimeter entspricht. Die Präzision bei der Verarbeitung von Nieten erreicht eine Kontrolle im Mikrometerbereich.
Dieses Konzept ähnelt dem der großen Flugzeuge selbst. Die Herstellung eines hochmodernen Großflugzeugs ist für ein großes Land nicht allzu schwierig, aber die Produktion von Tausenden von identischen Produkten ist eine gewaltige Herausforderung.
Manch einer mag sich fragen: Würden diese auffälligen Nieten nicht den Luftwiderstand des Flugzeugs erhöhen? Tatsächlich werden im Flugzeugbau hauptsächlich Nieten mit vorstehendem Kopf und Senkkopf verwendet.
Im Inneren des Flugzeugs, wo keine aerodynamische Formgebung erforderlich ist, werden überwiegend die kostengünstigeren und leichter zu verarbeitenden Nieten mit vorstehendem Kopf verwendet.
Senknieten hingegen werden hauptsächlich an den Außenteilen des Flugzeugs verwendet, die glatt sein müssen. Sie können den Luftwiderstand des Flugzeugs wirksam verringern. Der Herstellungsprozess erfordert strenge Toleranzen für die Nietkappen und die angrenzenden Strukturen. Wenn Sie die Oberfläche des Flugzeugs berühren, können Sie die Nieten kaum spüren.
Diese Anwendung hat zu bedeutenden Ergebnissen geführt. Nach Angaben aus dem Zweiten Weltkrieg kann die Verwendung von Senknieten den Luftwiderstand eines Flugzeugs um etwa 3% verringern.
In der Regel verwenden wir als Ersatz eine gefrorene Niete. Dieser Niet wird nach der Wärmebehandlung schnell abgekühlt und muss innerhalb von fünfzehn Minuten nach der Verwendung vernietet werden.
Die Festigkeit eines solchen gefrorenen Nietes erhöht sich unter normalen Temperaturbedingungen, wodurch die Stabilität der genieteten Struktur verbessert wird.
Eine einzige lockere Niete könnte eine Störungsmeldung für das Flugzeug auslösen, so dass das Wartungspersonal rund um die Uhr Überstunden machen müsste, um die problematische Niete zu finden.
Um ein Problem mit einem A320-Flugzeug zu beheben, schuftete das Wartungspersonal 2016 drei Tage und Nächte lang unermüdlich. Nachdem sie systematisch alle möglichen Fehler untersucht hatten, identifizierten sie schließlich einen losen Stift unter Hunderten von Datenstiften, von denen jeder weniger als einen Millimeter Durchmesser hatte.
Das Erkennen und Beheben von Nietfehlern kann zwar anspruchsvoll sein, ist aber kein Grund zur Sorge. Schrauben in der Luftfahrt sind selbstsichernd, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich lockern, sehr gering ist.
Aufgrund verschiedener Zwänge werden die meisten Flugzeuge, die wir heute sehen, mit Nieten zusammengebaut.
Die einzelnen Teile der Flugzeughaut sind durch Nieten miteinander verbunden und bilden so eine Art Panzer. Dadurch können sich die Klappen des Flugzeugs flexibel bewegen.
Das Pressnieten ist eine Befestigungsmethode, bei der durch äußeren Druck die Plastizität des Materials im Konstruktionsprozess verändert wird. Diese Technik ermöglicht das Einsetzen von Nietschrauben und -muttern in spezielle, vorgefertigte Schlitze in der Struktur, wodurch eine zuverlässige Verbindung zwischen den Komponenten erreicht wird.
Gewöhnlicher Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Bleche aus Aluminiumlegierungen und Kupferbleche werden in der Regel für Einnietmuttern mit Presspassung verwendet. Für Werkstoffe mit übermäßiger Härte, wie rostfreier Stahl und kohlenstoffreiche Stahlbleche, werden speziell angefertigte, hochharte Einnietmuttern verwendet. Daher wird nichtrostender Stahl nur selten für allgemeine Einpressnietbolzen und Einnietmuttern verwendet. Feinblech Teile. Das Gleiche gilt für Pressnietschrauben und -muttern, bei denen nichtrostender Stahl nur selten verwendet wird.
Durch die Analyse von Pressnietverfahren, zusammen mit Einführungen in allgemeine Presse Nietkomponenten und deren Techniken und in Verbindung mit Qualitätskontrollmethoden von Pressnietvorgängen wurde eine umfassende Diskussion über Pressnietverfahren unternommen.
1. Die Lochgröße für die Nietenplatzierung muss gemäß der Standard-Lochgrößentabelle erfolgen.
2. Außer in besonderen Fällen (z. B. bei Überschneidungen mit Nieten nach allen Bearbeitungen und Oberflächenbehandlung ), muss die Oberflächenbehandlung des Produkts vor dem Nietvorgang abgeschlossen sein.
3. Bei der Auswahl der Farbe der genieteten Teile sollten die genieteten Teile mit der Verzinkung der Produktteile übereinstimmen, wenn eine farbige Verzinkung gewählt wird. Bei blauer Zink-, weißer Zink-, Nickel- und Oxidbeschichtung der Produktteile werden in der Regel vernietete Nietteile verwendet. Für spezielle Produktteile, die vor der Oberflächenbehandlung vernietet werden müssen und eine Hartlöten Verstärkung werden auch vernietete Teile gewählt, da die chemischen Eigenschaften der Beschichtung die Qualität des Schweißens beeinflussen.
(I) Nietmuttern und ihre Verarbeitungsanforderungen
Wenn die Dicke (t) der Blumen-Zahnnietmutter Aluminiumplatte kleiner als oder gleich 1,0 mm ist, wird der Verarbeitungscode -0 verwendet. Beim Nieten mit Edelstahlwerkstoffen, weil Edelstahl hart ist und dazu neigt, dass die Nietmutter nach dem Nieten abfällt, Punktschweißen wird normalerweise um die Mutter herum verwendet, um sie zu verstärken.
Während des Nietvorgangs muss die Matrize in einem Zug eingesetzt werden, alle vorstehenden Teile der Mutter müssen lückenlos in die Platte eindringen, um eine gute Rechtwinkligkeit zwischen der Mutter und der Platte.
(II) Pressnietbolzen und ihre Prozessanforderungen
Zu den Pressnietbolzen gehören Vollgewinde-Pressnietbolzen mit Durchgangsbohrung und Blindloch-Pressnietbolzen. In diesem Artikel werden hauptsächlich diese beiden Typen vorgestellt. Der Unterschied zwischen dem Vollgewindebolzen mit Durchgangsloch und dem Sacklochbolzen besteht darin, ob das Innenloch vollständig offen ist und wie lang das Gewinde ist, während die übrigen Abmessungen im Wesentlichen gleich sind.
Die Anforderungen an die Verarbeitung von Pressnietbolzen sind wie folgt: Normalerweise wird das Pressnieten von Sacklöchern und Bolzen nicht vor dem Galvanisieren durchgeführt. Dies dient dazu, dass die Galvanisierungslösung vollständig ausfließen kann, um eine Korrosion der Gewinde zu verhindern.
Beim Pressnietverfahren muss die Matrize in einem Arbeitsgang genau positioniert werden. Alle Ecken des Bolzens müssen vollständig in das Blech eingebettet sein und sollten bündig mit der Oberfläche des Teils abschließen. Dies gewährleistet eine gute Ebenheit des Blechs und Rechtwinkligkeit mit dem Bolzen.
Bei Bolzen mit einer Länge (L) von 30 mm oder mehr ist eine punktgeschweißte Verstärkung entsprechend der statischen Analyse und den Prozessanforderungen erforderlich, um ein Kippen des Bolzens zu verhindern. Bei der Verwendung von Edelstahlblechen für das Pressnieten muss eine Toleranz von ±0,05 mm zwischen dem Außendurchmesser des Bolzens und der Lochgröße des Blechs gewährleistet sein.
(III) Pressnietschrauben und ihre Anforderungen an das Verfahren
Pressnietschrauben werden hauptsächlich in Rundkopf- und Sechskantschrauben unterteilt. Der "S"-Teil der Rundkopf-Pressnietschraube ist der runde Kopf und die Verzahnung, und die Nietmethode ist im Wesentlichen die gleiche wie bei der zuvor vorgestellten gezahnten Pressnietmutter.
Der "S"-Teil der Sechskantschraube besteht aus einem Sechskantkopf und Vorsprüngen, und die Nietmethode entspricht derjenigen des Drucknietbolzens.
Nachfolgend sind die Anforderungen an die Verarbeitung von Pressnietbolzen aufgeführt: Bleche mit einer Dicke von weniger als 1 mm werden in der Regel nicht zum Einpressen verwendet. Die Pressnietform muss beim ersten Versuch richtig positioniert werden, wobei sichergestellt werden muss, dass alle Ecken des Bolzens vollständig in das Blech eingebettet sind und bündig mit der Bauteiloberfläche abschließen, so dass eine gute Ebenheit des Blechs und eine Rechtwinkligkeit mit dem Bolzen gegeben ist.
Da der S-Wert von Pressnietschrauben in der Regel groß ist, kann es während des Pressnietens leicht zu einer Materialextrusion kommen, die zu einer Verformung des Teils führt. Beim Einpressen von Schrauben aus rostfreiem Stahl in Bleche aus rostfreiem Stahl sollte die Toleranz des Außendurchmessers der Schraube und der Lochgröße innerhalb von ±0,05 mm gehalten werden.
(IV) Lagesichere Pressnietschrauben und ihre Verfahrensanforderungen:
Lagesichere Einpressschrauben werden häufig an Stellen verwendet, die befestigt werden müssen und häufig demontiert und montiert werden.
Die Anforderungen an die Verarbeitung von lagesicheren Pressnietschrauben sind wie folgt: Der Einsatz der Pressnietform muss beim ersten Versuch richtig positioniert werden, so dass alle Ecken der Schraube vollständig im Blech eingebettet sind und bündig mit der Bauteiloberfläche abschließen, so dass eine gute Ebenheit des Blechs und eine Rechtwinkligkeit zur Schraube gegeben ist.
(V) Positionierungsstift und seine Prozessanforderungen
Die Herstellungsanforderungen für den pressgenieteten Positionierungsstift sind wie folgt: Wenn die Länge des Positionierungsstifts (L) größer als 20 mm ist, ist es auf der Grundlage der Strukturanalyse und der Prozessstandards erforderlich, den Positionierungsstift durch Hartlöten (Punktschweißen am runden Kopf) zu verstärken, um eine Fehlausrichtung zu verhindern.
Der Einsatz der Matrize beim Pressnieten muss genau und beim ersten Mal an Ort und Stelle sein, und der vorstehende Teil des Positionierstifts muss vollständig im Blech eingebettet sein und bündig mit der Oberfläche der Bauteile abschließen. Dies gewährleistet die Ebenheit des Blechs und eine gute Rechtwinkligkeit mit dem Positionierungsstift.
1. Das Nietverfahren umfasst das Anbringen von Nietmuttern, Schrauben, Bolzen und Nieten für spezielle Beschläge (z. B. Führungsstifte, Stützsäulen usw.), elektrostatischen Handschalen und Nietschlüsseln.
2. Nieten in der Nähe der Kante eines Produkts oder des Umfangs eines Lochs können erhebliche Verformungen verursachen. Je nach Ausmaß der Verformung sollten die erforderlichen Maßnahmen (wie Umformung oder Schleifen) ergriffen werden, um die maßlichen und ästhetischen Anforderungen gemäß den Konstruktionszeichnungen zu erfüllen.
3. Nach dem Nieten darf kein Versatz oder Verzug auftreten. Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die Gewinde konzentrisch mit den entsprechenden Bohrungen fluchten.
4. Das Material, die Spezifikationen und das Modell der genieteten Teile müssen mit den Zeichnungen übereinstimmen. Die Verwendung falscher Spezifikationen ist nicht zulässig.
5. Nach dem Nieten sind auffällige Verformungen, Vorsprünge oder Vertiefungen im Bereich der genieteten Teile unzulässig. Es dürfen keine sichtbaren Abdrücke oder Formspuren vorhanden sein, die nicht durch Oberflächenbehandlung verdeckt werden können.
6. Genietete Teile dürfen sich nach dem Nieten nicht lockern oder ablösen. Ihre Festigkeit muss geprüft werden; die Werte für die Druck-Zug-Kraft und das Drehmoment müssen den von PEM für die Nietteilspezifikationen festgelegten Anforderungen entsprechen.
7. Es ist unbedingt sofort zu prüfen, ob die Material- und Modellspezifikationen der in der Produktionslinie verwendeten Nieten, wie sie auf der Verpackung angegeben sind, mit den Konstruktionszeichnungen übereinstimmen. Überprüfen Sie, ob die Verpackung gemischte Materialien enthält.
8. Nach dem Nieten müssen die Gewinde der genieteten Teile geprüft werden: Die Gut/Schlecht-Lehren müssen einwandfrei funktionieren.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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