電磁鉚接技術(shù)是20 世紀(jì)70 年代初開始發(fā)展起來的一種新的鉚接技術(shù)，它利用電能- 磁場能- 機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,，通過沖擊大電流技術(shù)獲得瞬時沖擊載荷并作用于鉚釘,，鉚釘在應(yīng)力波作用下遵照金屬材料的動力學(xué)特性成形,。電磁鉚接在俄羅斯又稱磁脈沖鉚接。

電磁鉚接可以應(yīng)用于各種材料鉚釘?shù)你T接成形,，可以實現(xiàn)比較理想的,、均勻的干涉配合,，形成長壽命,、高可靠性的連接,。電磁鉚接能形成較均勻干涉配合連接,，可以有效地施鉚鈦,、不銹鋼等強(qiáng)度高,、屈強(qiáng)比高,、對應(yīng)變率敏感的難成形材料鉚釘,，形成良好的連接,。對于大直徑鉚釘或厚夾層結(jié)構(gòu),，應(yīng)用電磁鉚接也可以實現(xiàn)良好的干涉配合鉚接。結(jié)合自動化,，電磁鉚接還可以用于現(xiàn)代飛機(jī)金屬和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的鐓鉚型環(huán)槽釘?shù)淖詣踊惭b,。另外，電磁鉚接效率高,、連續(xù)噪聲低,、能量利用率高。

表1 是不同材料和直徑的鉚釘成形所需的壓鉚力,，由于電磁鉚接動力頭最終作用在設(shè)備上的后座力能降低至鉚接力的1/100, 與以液壓和電動為動力的自動壓鉚接設(shè)備相比,，配有低電壓電磁鉚接動力頭的自動鉚接裝配系統(tǒng)由于不需配備液壓系統(tǒng)及用于承受鉚接后座力的弓形架，可大大簡化設(shè)備的結(jié)構(gòu)（可以利用機(jī)器人）,，充分發(fā)揮電磁鉚接和自動鉚接的優(yōu)勢,，鉚接質(zhì)量和效率高、重復(fù)性好,、設(shè)備較小,、占地面積小。

俄羅斯和美國最早開始電磁鉚接技術(shù)的研究與開發(fā),，并于20 世紀(jì)70 年代初期研制成功電磁鉚接設(shè)備。早期的電磁鉚接設(shè)備的鉚槍/工作頭上工作電壓為數(shù)千V 的高電壓,，在一定程度上限制了電磁鉚接技術(shù)的使用。后來,，美國和俄羅斯研制成功了鉚槍工作電壓不超過500V的低壓電磁鉚接設(shè)備,，電磁鉚接技術(shù)開始在飛機(jī)裝配中推廣應(yīng)用。

美國格魯門公司于20 世紀(jì)70年代初開始將電磁鉚接技術(shù)用于F-14 飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)的鉚接，隨后波音公司又在波音 747( 波音727,、737,、757、767,、777,、787) 等機(jī)翼壁板上采用手工電磁鉚接進(jìn)行裝配，包括油箱區(qū)的密封鉚接,。波音公司還在F-15 飛機(jī)上采用電磁鉚接技術(shù)進(jìn)行了壁板的手工鉚接,。20 世紀(jì)90 年代初這種技術(shù)開始應(yīng)用于自動化裝配上，并在波音,、空客等公司中的應(yīng)用越來越廣泛,。

在波音公司，電磁鉚接技術(shù)大量用于飛機(jī)機(jī)翼壁板,、翼梁的鉚接和干涉螺栓安裝,，近年來又開始用于復(fù)合材料機(jī)身（波音787）結(jié)構(gòu)的自動化裝配。

波音公司首先在波音747,、737,、757、767 機(jī)翼壁板上采用手工電磁鉚接進(jìn)行裝配,，包括油箱區(qū)的密封鉚接,。20 世紀(jì)90 年代初又將這種技術(shù)應(yīng)用于自動化裝配上， 并陸續(xù)用于波音777,、747,、767 機(jī)翼壁板的自動化裝配上。由于以復(fù)合材料為機(jī)體主體材料的波音787飛機(jī)自動化裝配的需要,，Electroimpact（EI）公司通過技術(shù)攻關(guān)將電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上鐓鉚型鈦環(huán)槽釘?shù)淖詣踊惭b，用于在日本生產(chǎn)的波音787 復(fù)合材料機(jī)身段的自動化裝配,，該系統(tǒng)造價約900 萬歐元，已于2007 年投入生產(chǎn)應(yīng)用,，如圖1 所示。

波音公司在將電磁鉚接技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼壁板裝配的同時,，與EI 公司還聯(lián)合推行了一個旨在提高裝配技術(shù)的長期戰(zhàn)略計劃—— ASAT計劃,。ASAT 是自動化大梁裝配工裝的簡稱,，它采用自動化電磁鉚接技術(shù)來完成機(jī)翼梁大型構(gòu)件的自動化裝配。ASAT I 型設(shè)備在20 世紀(jì)80年代中期開始投入使用,，這套系統(tǒng)最初成功地鉚接了波音727 的4 根后梁,，后經(jīng)過改裝,，用于當(dāng)時新設(shè)計生產(chǎn)的波音767 客機(jī)的機(jī)翼大梁的鉚接。從1990 年開始,，波音公司又在ASAT Ⅰ型設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展第二代自動化大梁裝配系統(tǒng)ASAT Ⅱ，用于波音777 機(jī)翼4 根大梁的裝配,，該套系統(tǒng)是借助于CATIA 系統(tǒng)設(shè)計和制造的。1994 年,，波音公司又為新的波音737-700/800 機(jī)翼大梁裝配推出了ASAT Ⅲ 計劃,，機(jī)翼大梁在波音公司西雅圖工廠的2 個自動化單元上裝配,，該系統(tǒng)可同時完成左右梁的裝配，其中每個單元都有1 個床身,，床身上有2 個支持EI 公司研制的低電壓電磁鉚接動力頭的龍門架，每個龍門架有3 個線性軸和1 根轉(zhuǎn)動軸,，而鉚接頭本身有16 根數(shù)控軸,。圖2 為美國大型軍用運(yùn)輸機(jī)C-17 生產(chǎn)線上的 E5000-ASAT Ⅳ自動化翼梁電磁鉚接柔性裝配系統(tǒng)。

從20 世紀(jì)90 年代開始,，空客公司在A320,、A330、A340,、A380 等系列飛機(jī)的機(jī)翼壁板自動化裝配上普遍采用了電磁鉚接技術(shù)。在空客飛機(jī)的機(jī)翼壁板制造中,，電磁鉚接技術(shù)除用于自動鉚接外，還用于金屬結(jié)構(gòu)鐓鉚型環(huán)槽鉚釘環(huán)圈的自動安裝,。

早在1990 年,，EI 公司就為英國TEXTRON 飛機(jī)結(jié)構(gòu)公司（現(xiàn)為沃特公司）提供了1 臺價格為230萬美元的自動電磁鉚接裝配單元（AERAC），用于A330/A340 機(jī)翼壁板（左,、右翼面）的制造。1991 年又投資了第二臺AERAC 的制造,。2009 年，EI 公司又為沃特公司開發(fā)了第二代AERAC 系統(tǒng),，用于A340和A380 機(jī)翼壁板的自動化裝配。

圖3 是EI 公司為空客英宇航公司（BAe Airbus）配備的E4100 自動電磁鉚接裝配系統(tǒng),，用于A340-500/600 飛機(jī)的機(jī)翼壁板裝配。這套系統(tǒng)安裝在威爾士的空客機(jī)翼制造和總裝廠,，它包括2 臺用于上下壁板裝配的E4100 機(jī)翼壁自動化裝配系統(tǒng),。該系統(tǒng)投資為500 萬英鎊,，設(shè)備重50t（而液壓式機(jī)翼鉚接機(jī)重達(dá)100t），可將桁條連接到機(jī)翼壁板上,，并可安裝部分對接搭板上的緊固件,。

設(shè)備可安裝鉚釘和環(huán)槽鉚釘,。系統(tǒng)在1997 年末投入使用，采用新設(shè)備后,，鉚接成本降低約30％，到1999年已達(dá)到每月生產(chǎn)超過22 套機(jī)翼的生產(chǎn)效率,。

2003 年,，空客公司又投資了1臺E4150 機(jī)翼壁板電磁鉚接柔性裝配系統(tǒng)，該系統(tǒng)柔性化程度更高,，可實現(xiàn)從A319 至A340/600 型飛機(jī)機(jī)翼壁板的自動電磁鉚接裝配。

空客公司A320 系列飛機(jī)（A319/A320/A321）是非常成功的150 座級飛機(jī),，世界各國航空公司的需求量非常大,，空客公司為滿足A320 系列飛機(jī)的高效生產(chǎn)需求，于2000 年配置了1 臺E4000 型機(jī)翼壁板自動化電磁鉚接設(shè)備。2006 年又配置了1 臺更先進(jìn)的E4320 型機(jī)翼壁板自動化電磁鉚接設(shè)備并安裝在空客公司在英國布雷頓的工廠,，用于滿足A320機(jī)翼壁板的生產(chǎn)需求。

俄羅斯對電磁鉚接技術(shù)也進(jìn)行了大量研究,，并運(yùn)用在伊爾-86、圖-154 等飛機(jī),、發(fā)動機(jī)、運(yùn)載火箭的裝配生產(chǎn)上,，先后開發(fā)和生產(chǎn)了УMК-6AM、УMК-8,、УMККC,、MMК-6等型號的50 余臺低電壓（鉚槍工作電壓不超過380V）電磁鉚接設(shè)備。俄羅斯研制的配備有加熱系統(tǒng)和低電壓電磁鉚接動力頭的УMККCH,、УMККCH-3 型自動鉚接設(shè)備已用于發(fā)動機(jī)燃燒室筒體Cr-Ni 鋼鉚釘?shù)淖詣訜徙T。20 世紀(jì)90 年代中后期又研制了一套長度達(dá)12m 的自動電磁鉚接裝配系統(tǒng),，用于飛行器圓筒形壁板的自動化裝配,。

電磁鉚接技術(shù)由于具有能實現(xiàn)較均勻的干涉配合連接（連接疲勞壽命高）,、低噪聲和低振動,、效率高、適用于鈦合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及大直徑厚夾層結(jié)構(gòu)鉚接,、動力頭輕巧和易于實現(xiàn)自動化,、適用于干涉螺栓和環(huán)槽釘安裝等優(yōu)勢，已在國外廣泛應(yīng)用,。

國內(nèi)目前面臨著一系列新一代軍民用飛機(jī)的研制，新一代飛機(jī)要求結(jié)構(gòu)長壽命,、大量采用復(fù)合材料和鈦合金等輕質(zhì)材料，并需要提高裝配的自動化水平,，以滿足質(zhì)量、高效率研制和生產(chǎn)的要求,。

長壽命要求新一代戰(zhàn)斗機(jī)壽命達(dá)到6000 飛行小時以上（如F-22 達(dá)8000 飛行小時）,，大型客機(jī)要求壽命達(dá)到9000 飛行小時，這就要求在新一代飛機(jī)研制中,，鉚接方法要采用較常規(guī)的壓鉚和錘鉚連接接頭壽命更高的方法，還要大量采用干涉連接技術(shù),，保證大直徑和厚夾層結(jié)構(gòu)的鉚接質(zhì)量，同時提高飛機(jī)裝配的自動化水平,。電磁鉚接及其自動化技術(shù)正是解決這一問題的重要手段之一。

在新一代軍民機(jī)中,，大量使用復(fù)合材料和鈦合金等新型材料,。例如從美國典型的第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22、F-35 中各種材料的使用情況中可以發(fā)現(xiàn),，復(fù)合材料和鈦合金在機(jī)體結(jié)構(gòu)中所占的比重非常高（其總和比重超過了50%）。國內(nèi)大型客機(jī)將在中央翼盒,、尾翼（垂尾、平尾）,、升降舵、方向舵等構(gòu)件上應(yīng)用復(fù)合材料,。新一代軍民機(jī)復(fù)合材料和鈦合金結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，結(jié)構(gòu)的鉚接和干涉螺栓,、環(huán)槽釘?shù)陌惭b及其自動化對連接裝配技術(shù)提出了更高的要求，從而對電磁鉚接技術(shù)提出了急迫的需求,。

目前在國內(nèi)生產(chǎn)的新型飛機(jī)中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)平尾存在大量鉚接結(jié)構(gòu),，常規(guī)的壓鉚和錘鉚方法難以得到滿意的結(jié)果；同時,，機(jī)身鈦合金結(jié)構(gòu)采用熱鉚方法,，常因為鉚釘過熱而導(dǎo)致連接缺陷,，影響飛機(jī)裝配質(zhì)量,。另外,，軍民用飛機(jī)裝配生產(chǎn)中大量采用氣動鉚槍進(jìn)行手工鉚接和干涉螺栓安裝，航天領(lǐng)域運(yùn)載火箭裝配生產(chǎn)中也主要采用氣動鉚槍進(jìn)行手工鉚接,，噪聲和振動都非常大，從而導(dǎo)致鉚接裝配現(xiàn)場的勞動條件和現(xiàn)場環(huán)境非常惡劣,，影響裝配現(xiàn)場工作人員的身體健康和工作效率,，同時質(zhì)量不穩(wěn)定,，而應(yīng)用電磁鉚接技術(shù)可以大大減少鉚接裝配現(xiàn)場的噪聲，改善工作環(huán)境和裝配質(zhì)量,。

因此，國內(nèi)新一代軍民機(jī)要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)長壽命,，保證裝配質(zhì)量穩(wěn)定，改善送裝配現(xiàn)場條件,，低電壓電磁鉚接及其自動化技術(shù)是解決這些問題,，滿足型號研制和生產(chǎn)需求的一種有效手段。國內(nèi)航空航天領(lǐng)域的電磁鉚接技術(shù)的應(yīng)用需求見表2,。

北京航空制造工程研究所研制的BEI100 型低壓電磁鉚接設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)如表3 所示,。自主研制的BEI100 型低壓電磁鉚接設(shè)備定位于能實現(xiàn)最大6mm 直徑鋁合金鉚釘、4mm 直徑鈦鉚釘?shù)你T接,，適用于新一代軍民用飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼等機(jī)體絕大部分結(jié)構(gòu)的鉚接和干涉螺栓安裝,，鉚槍重量不超過4.5kg,，適于手持操作,，采用數(shù)字量控制，便于實現(xiàn)自動化鉚接,。

考慮到研制的低壓電磁鉚接設(shè)備要適用于工程應(yīng)用，在設(shè)備原型機(jī)基礎(chǔ)上,，以工業(yè)設(shè)計為基礎(chǔ)改進(jìn)了設(shè)備的外形設(shè)計,，同時按高可靠性與易維護(hù)性、操作簡便,、裝配工藝性好,、強(qiáng)化框架,、易于移動和吊裝等要求對電源箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計,，便于使用，如圖4 所示,。

經(jīng)工藝試驗和設(shè)備檢驗,，BEI100型低壓電磁鉚接設(shè)備達(dá)到了設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求，1 次脈沖最大能實現(xiàn)φ 6mm 直徑鋁合金鉚釘?shù)你T接,，滿足復(fù)合材料和鈦合金結(jié)構(gòu)的鉚接要求,，φ 4mm 鋁鉚釘?shù)你T接效率達(dá)到了10 次/min。研制的BEI100 型設(shè)備受到主機(jī)廠的歡迎,，首臺設(shè)備并已交付主機(jī)廠使用,。鋁合金鉚釘和鈦鉚釘在設(shè)備上的鉚接參數(shù)的參考值見表4。

BEI100 型低電壓電磁鉚接設(shè)備為可移動式手持操作設(shè)備, 工作方式包括對鉚（2 把鉚槍協(xié)同鉚接）,、正鉚（1 把鉚槍對鉚釘釘桿一側(cè)成形,，釘頭一側(cè)用頂鐵）和安裝，可應(yīng)用于：

·普通埋頭鉚釘和凸頭鉚釘?shù)你T接,；

· 補(bǔ)償頭鉚釘和冠狀鉚釘?shù)你T接；

·鐓埋頭鉚釘,、無頭鉚釘?shù)你T接,；

·干涉螺栓、干涉高鎖螺栓和干涉環(huán)槽釘?shù)陌惭b,；

·大直徑鉚釘和厚夾層結(jié)構(gòu)的鉚接,；

·整體油箱的快速密封鉚接；

·復(fù)合材料和鈦合金結(jié)構(gòu)的鉚接,。

從產(chǎn)品對象上看,，手工電磁鉚接技術(shù)可應(yīng)用組合件（機(jī)身機(jī)翼壁板、翼梁,、機(jī)身組合框等）裝配,、部件（翼盒、尾翼,、艙段等）裝配和總裝對接（機(jī)身段對接,、機(jī)身機(jī)翼對接等）等飛機(jī)裝配的不同階段,。

低壓電磁鉚接技術(shù)由于動力頭輕巧,、電動控制和高速并能適應(yīng)鉚接,、干涉螺栓安裝和鐓鉚型環(huán)槽釘成形，與常規(guī)的壓鉚和錘鉚相比有很大的優(yōu)勢,。下文分析了BEI100型設(shè)備用于自動化柔性裝配的幾種情況。

（1）應(yīng)用于飛機(jī)壁板,、梁,、框等組合件的自動化裝配,。

移動定位平臺可采用類似EI 公司C 型框結(jié)構(gòu),、關(guān)節(jié)機(jī)器人可并聯(lián)機(jī)器人方案,。

（2）機(jī)翼,、機(jī)身,、筒體部裝中的自動電磁鉚接和安裝,。

機(jī)翼部裝,、機(jī)身部裝可以采用電磁鉚接實現(xiàn)自動化柔性裝配。

（3）在移動系統(tǒng)中的自動安裝應(yīng)用,。

由于動力頭輕巧、后座力小,，可用于人工操作,，因此電磁鉚接和安裝技術(shù)有潛力集成于柔性導(dǎo)軌設(shè)備、爬行機(jī)器人,、AGV 移動式關(guān)節(jié)機(jī)器人的移動系統(tǒng)中,，進(jìn)行自動化鉚接和安裝。

（4）在航天領(lǐng)域的應(yīng)用,。

低壓電磁鉚接設(shè)備和工藝可用于大型運(yùn)載火箭壁板、筒體的自動化鉚接裝配中,。

低壓電磁鉚接設(shè)備和工藝應(yīng)用于手工鉚接和自動化裝配中,，可以獲得如下效益：

·保證結(jié)構(gòu)長壽命要求；

· 提高鉚接質(zhì)量穩(wěn)定性,，保證結(jié)構(gòu)可靠性,；

·提高裝配效率；

· 降低鉚接噪聲和勞動強(qiáng)度,，減少振動,，發(fā)送裝配現(xiàn)場勞動條件,；

·解決大直徑鉚釘鉚接的難題；

· 提高裝配技術(shù)水平,，進(jìn)而提高產(chǎn)品競爭力,。

大型客機(jī)如波音737、747,、757,、767,、777、787 和空客的A320,、A330,、A340、A380 都大量應(yīng)用了電磁鉚接技術(shù),，而且都用在具有高負(fù)載、高疲勞要求的部位,，如機(jī)翼壁板,、翼梁和復(fù)合材料機(jī)身段。

目前,，國內(nèi)研制的低壓電磁鉚接設(shè)備已達(dá)到工程應(yīng)用水平,，在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)字控制、關(guān)鍵元器件配套、工藝等方面都有其獨(dú)特的優(yōu)勢,?？梢灶A(yù)計，通過不斷改進(jìn),、完善和推廣,，研制的低壓電磁鉚接設(shè)備將在國內(nèi)新一代軍民機(jī)研制和生產(chǎn)中，在保證產(chǎn)品的長壽命要求,、提高裝配質(zhì)量和效率,、促進(jìn)裝配生產(chǎn)勞動條件的改善等方面發(fā)揮應(yīng)有的作用。