Perché gli aerei usano i rivetti invece della saldatura? La risposta sta nelle sfide uniche dell'ingegneria aerospaziale. La rivettatura offre maggiore stabilità e affidabilità, essenziali per i materiali sottili e leggeri utilizzati negli aerei. A differenza delle saldature, che possono subire danni da calore e affaticamento nel tempo, i rivetti offrono una qualità costante e una facilità di manutenzione. Questo articolo approfondisce le ragioni della preferenza dell'industria per i rivetti, esplorando i vantaggi che offrono in termini di produzione, prestazioni e sicurezza.
Osservando da vicino un aeroplano, si possono notare numerosi rivetti sulla sua pelle. Questo processo di rivettatura è comune anche nella costruzione di grandi ponti.
Si dice che un aereo C919 richieda milioni di rivetti, mentre il jet passeggeri A380 ne utilizza oltre cinque milioni.
Allora, perché non saldare semplicemente l'aeroplano invece di scegliere questa soluzione apparentemente complicata? processo di rivettatura?
Nell'industria aerospaziale c'è un motto: "Sforzarsi di eliminare ogni singolo grammo". Per alleggerire i velivoli, i produttori utilizzano i materiali più leggeri possibili, adattati a specifiche applicazioni.
La pelle di un aereo è generalmente molto sottile per ridurre il peso. La sfida di saldare insieme pelli così sottili è enorme.
Inoltre, alcune carrozzerie di aerei sono realizzate in alluminio, che ha una resistenza al calore relativamente scarsa. Il processo di saldatura genera una grande quantità di calore, chiaramente inadatta agli aerei con carrozzeria in alluminio.
Gli aerei commerciali più avanzati a livello internazionale fanno largo uso di materiali compositi. Questi materiali possono essere danneggiati anche dalla saldatura. Il collegamento tra materiali diversi deve essere assicurato in modo fisico.
Durante il mio primo viaggio in aereo, ero seduto vicino al finestrino dell'ala. Quando l'aereo ha incontrato una turbolenza, l'ala ha tremato sensibilmente, provocando in me un'ondata di ansia.
Credo che molti di voi abbiano assistito a questi scenari in cui, se la turbolenza è forte, l'ala dell'aereo oscilla in modo drammatico.
Durante questo processo di oscillazione continua, la pelle dell'ala si allunga o si comprime. Se si utilizzasse un processo di saldatura, la resistenza nei punti di saldatura diminuirebbe in modo significativo sotto questi cambiamenti di sollecitazione ricorrenti.
Con il tempo, queste aree saldate possono sviluppare piccole crepe. Se non vengono scoperte in tempo, rappresentano un grave rischio per la sicurezza.
Gli aeroplani commerciali hanno di solito un'anzianità di servizio di oltre dieci anni e le saldature sono soggette a problemi di fatica del metallo, con conseguenti connessioni non ottimali. Al contrario, la rivettatura può ridurre la trasmissione delle vibrazioni tra le parti collegate, diminuendo così il rischio di cricche da vibrazioni. In termini di variazioni ricorrenti delle sollecitazioni, la rivettatura offre una solidità superiore e più affidabile.
Qualità della saldatura dipende in gran parte dall'abilità dell'operatore, con una sostanziale casualità se è troppo sottile o troppo spesso. È difficile stabilire standard uniformi.
Al contrario, i rivetti utilizzati nel processo di rivettatura presentano errori minimi nei parametri, facilitando il controllo della qualità e la produzione standardizzata.
Tutti sanno che nella produzione di aeromobili la richiesta di standardizzazione è elevata.
L'aspetto più critico nell'industria aeronautica è la costanza della qualità. Un aereo ha milioni di rivetti e il primo rivetto prodotto deve essere identico alle decine di milioni successivi.
La resistenza richiesta per i rivetti di un aereo raggiunge i 1100 megapascal, equivalenti al peso di dieci berline su un centimetro quadrato. La precisione della lavorazione dei rivetti raggiunge un controllo a livello di micron.
Questo concetto è simile a quello dei grandi aerei. Produrre un aereo di grandi dimensioni all'avanguardia non è troppo difficile per un grande Paese, ma produrre migliaia di prodotti identici è una sfida monumentale.
Qualcuno potrebbe chiedersi: questi rivetti vistosi non aumenterebbero la resistenza aerodinamica dell'aereo? In realtà, i rivetti utilizzati nella produzione aeronautica sono principalmente del tipo a testa sporgente e svasata.
All'interno dell'aeromobile, dove non è necessaria una sagomatura aerodinamica, vengono utilizzati prevalentemente rivetti a testa sporgente, più economici e facili da lavorare.
I rivetti a testa svasata, invece, sono utilizzati principalmente sulle parti esterne dell'aereo che devono essere lisce. Possono ridurre efficacemente la resistenza aerodinamica dell'aereo. Il processo di produzione richiede tolleranze rigorose per le calotte dei rivetti e le strutture vicine. Quando si tocca la superficie dell'aereo, è difficile percepire la presenza dei rivetti.
Questa applicazione ha dato risultati significativi. Secondo i dati della Seconda Guerra Mondiale, l'uso di rivetti svasati può ridurre la resistenza aerodinamica dell'aereo di circa 3%.
In genere, per la sostituzione utilizziamo un rivetto congelato. Questo rivetto si raffredda rapidamente dopo il trattamento termico e deve essere rivettato entro quindici minuti dall'utilizzo.
La resistenza di un rivetto congelato aumenta in condizioni di temperatura normale, migliorando così la stabilità della struttura rivettata.
Un singolo rivetto allentato può potenzialmente innescare un allarme di malfunzionamento dell'aeromobile, richiedendo al personale di manutenzione straordinari 24 ore su 24 per individuare il rivetto problematico.
Nel 2016, per risolvere un problema con un aeromobile A320, il personale di manutenzione ha lavorato senza sosta per tre giorni e tre notti. Dopo aver esaminato sistematicamente tutti i possibili guasti, alla fine hanno identificato un perno allentato tra centinaia di pin di dati, ciascuno di diametro inferiore a 1 millimetro.
Sebbene il compito di identificare e riparare i difetti dei rivetti possa essere impegnativo, non è un motivo di preoccupazione. Le viti aeronautiche sono autobloccanti e la probabilità di allentamento è minima.
A causa di vari vincoli, la maggior parte degli aerei che vediamo oggi sono assemblati con rivetti.
I singoli pezzi di pelle del velivolo sono collegati tra loro mediante rivetti, formando di fatto un'armatura aerea. Questo permette ai flap dell'aereo di muoversi in modo flessibile.
La rivettatura a pressione è un metodo di fissaggio che applica una pressione esterna per alterare la plasticità del materiale nel processo di ingegneria. Questa tecnica consente l'inserimento di viti e dadi a rivetto in apposite fessure prefabbricate nella struttura, ottenendo così un collegamento affidabile tra i componenti.
I comuni acciai a basso tenore di carbonio, le lamiere in lega di alluminio e le lamiere di rame sono tipicamente utilizzati per i perni dei rivetti a pressione. Per i materiali di durezza eccessiva, come l'acciaio inossidabile e le lamiere di acciaio ad alto tenore di carbonio, si utilizzano perni per rivetti ad alta durezza realizzati appositamente. Di conseguenza, l'acciaio inossidabile è raramente utilizzato per i rivetti a pressione e per i dadi per rivetti a pressione. lamiera parti. Lo stesso vale per le viti e i dadi con rivetti a pressione, per i quali l'acciaio inossidabile è poco utilizzato.
Attraverso l'analisi dei processi di rivettatura delle macchine da stampa, insieme all'introduzione a stampa comune I componenti di rivettatura e le loro tecniche, insieme ai metodi di controllo della qualità delle operazioni di rivettatura a pressa, sono stati oggetto di una discussione completa sui processi di rivettatura a pressa.
1. La dimensione del foro per il posizionamento dei rivetti deve essere eseguita in conformità alla tabella delle dimensioni dei fori standard.
2. Tranne che in casi particolari (ad esempio quando si verifica un'interferenza con la rivettatura dopo tutte le lavorazioni e i trattamento della superficie è stato completato), il trattamento superficiale del prodotto deve essere completato prima del processo di rivettatura.
3. Quando si sceglie il colore delle parti rivettate, se si sceglie la zincatura colorata sulle parti del prodotto, le parti rivettate devono corrispondere. Per la zincatura blu, zinco bianco, nichel e ossido sulle parti del prodotto, di solito si utilizzano parti rivettate nichelate. Per le parti speciali del prodotto che devono essere rivettate prima del trattamento superficiale e che richiedono brasatura Per il rinforzo, si scelgono anche pezzi rivettati nichelati, poiché le proprietà chimiche dello strato di placcatura influiscono sulla qualità della saldatura.
(I) Dadi per rivetti e loro requisiti di lavorazione
Quando lo spessore (t) del dado del rivetto a fiore piastra in alluminio è minore o uguale a 1,0 mm, si utilizza il codice di lavorazione -0. Per la rivettatura con materiali in acciaio inox, poiché l'acciaio inox è duro e tende a far cadere il dado del rivetto dopo la rivettatura, saldatura a punti viene di solito impiegato intorno al dado per rafforzarlo.
Durante il processo di rivettatura, la matrice deve essere posizionata in una sola volta, tutte le parti sporgenti del dado devono entrare nella piastra senza lasciare spazi vuoti, per assicurare una buona perpendicolarità tra il dado e la piastra.
(II) Borchie per rivetti a pressione e relativi requisiti di processo
I rivetti a pressione comprendono rivetti a pressione con foro passante e completamente filettati e rivetti a pressione con foro cieco. Questo articolo presenta principalmente questi due tipi. La differenza tra il perno a foro passante completamente filettato e il perno a foro cieco sta nel fatto che il foro interno sia completamente aperto e nella lunghezza della filettatura, mentre il resto delle dimensioni è essenzialmente lo stesso.
I requisiti di lavorazione dei prigionieri rivettati a pressione sono i seguenti: di solito, la rivettatura a pressione di fori ciechi e prigionieri non viene eseguita prima della galvanica. Lo scopo è quello di permettere alla soluzione galvanica di defluire completamente, evitando la corrosione dei filetti.
Durante il processo di pressatura, la matrice deve essere posizionata con precisione in una sola volta. Tutti gli angoli del perno devono essere completamente inseriti nella lamiera e devono essere a filo con la superficie del pezzo. Ciò garantisce una buona planarità della lamiera e la perpendicolarità con il perno.
Per le viti prigioniere di lunghezza (L) pari o superiore a 30 mm, è necessario un rinforzo con saldatura a punti, in base all'analisi strutturale e ai requisiti di processo, per evitare che la vite prigioniera si inclini. Quando si utilizza una lamiera di acciaio inossidabile per la rivettatura a pressione, la tolleranza tra il diametro esterno della vite prigioniera e la dimensione del foro della lamiera deve essere garantita a ±0,05 mm.
(III) Viti rivettate a pressione e relativi requisiti di processo
Le viti rivettate a pressione si dividono principalmente in viti a testa tonda e viti a testa esagonale. La parte "S" della vite a testa tonda rivettata a pressione è costituita dalla testa tonda e dalla dentellatura, e il metodo di rivettatura è essenzialmente lo stesso del dado a testa dentata rivettato a pressione introdotto in precedenza.
La parte a "S" della vite a testa esagonale è costituita da una testa esagonale e da sporgenze, e il metodo di rivettatura è coerente con quello del prigioniero rivettato a pressione.
Di seguito sono riportati i requisiti di lavorazione per la pressatura dei prigionieri: In generale, le lamiere di spessore inferiore a 1 mm non vengono utilizzate per la pressatura. L'utilizzo dello stampo di pressatura deve essere posizionato correttamente al primo tentativo, assicurando che tutti gli angoli del perno siano completamente incorporati nella lamiera e siano a filo con la superficie del componente, garantendo una buona planarità della lamiera e la perpendicolarità con il perno.
Poiché il valore S delle viti per pressatura è solitamente elevato, è facile che durante la pressatura si verifichi un'estrusione del materiale, con conseguente deformazione del pezzo. Quando si avvitano a pressione le viti in acciaio inox nelle lamiere di acciaio inox, la tolleranza del diametro esterno della vite e della dimensione del foro deve essere mantenuta entro ±0,05 mm.
(IV) Viti a tenuta stagna per pressatura e relativi requisiti di processo:
Le viti a pressione a tenuta stagna sono spesso utilizzate in luoghi che devono essere fissati e che vengono frequentemente smontati e installati.
I requisiti di lavorazione per le viti a pressare a prova di perdita sono i seguenti: L'utilizzo dello stampo di pressatura deve essere posizionato correttamente al primo tentativo, assicurando che tutti gli angoli della vite siano completamente incorporati nella lamiera e siano a filo con la superficie del componente, garantendo una buona planarità della lamiera e la perpendicolarità con la vite.
(V) Perno di posizionamento e relativi requisiti di processo
I requisiti di fabbricazione del perno di posizionamento rivettato a pressione sono i seguenti: quando la lunghezza del perno di posizionamento (L) è superiore a 20 mm, in base all'analisi strutturale e agli standard di processo, è necessario rinforzare il perno di posizionamento mediante brasatura (saldatura a punti sulla testa tonda) per evitare il disallineamento.
L'uso della matrice durante la rivettatura a pressa deve essere preciso e in posizione al primo colpo, e la parte sporgente del perno di posizionamento deve essere interamente incassata nella lamiera, a filo con la superficie dei componenti. Questo assicura la planarità della lamiera e una buona perpendicolarità con il perno di posizionamento.
1. Il processo di rivettatura prevede il fissaggio di dadi, viti, prigionieri e rivetti di ferramenta personalizzata (come perni di guida, colonne di supporto per la localizzazione, ecc.
2. La rivettatura in prossimità del bordo di un prodotto o della circonferenza di un foro può causare deformazioni significative. In base all'entità della deformazione, è necessario adottare le misure necessarie (come la risagomatura o la rettifica) per soddisfare i requisiti dimensionali ed estetici previsti dai disegni di progetto.
3. Dopo la rivettatura, non devono esserci disallineamenti o sfalsamenti. È essenziale garantire che i filetti si allineino in modo concentrico ai fori corrispondenti.
4. Il materiale, le specifiche e il modello delle parti rivettate devono corrispondere a quelli indicati nei disegni. Non è consentito l'uso di specifiche errate.
5. Dopo la rivettatura, non sono accettabili deformazioni, sporgenze o rientranze evidenti intorno alle parti rivettate. Non devono essere visibili impronte o segni di stampo che non possano essere nascosti con un trattamento superficiale.
6. Le parti rivettate non devono essere allentate o staccate dopo la rivettatura. La loro solidità deve essere testata; i valori di forza di spinta e di coppia devono essere conformi ai requisiti indicati da PEM per le specifiche dei pezzi rivettati.
7. È indispensabile verificare tempestivamente se le specifiche del materiale e del modello dei rivetti utilizzati nella linea di produzione, riportate sull'imballaggio, sono conformi ai disegni di progetto. Verificare l'eventuale presenza di materiali misti nell'imballaggio.
8. Dopo la rivettatura, le filettature delle parti rivettate devono superare l'ispezione: gli indicatori go/no-go devono funzionare correttamente.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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