由川西飞机公司的珍贵史料解读那段鲜为人知的日德飞机制造秘闻 （二）
文摘
2024-09-05 10:31
上海
在这里首先感谢网友LW提供的珍贵素材，并愿意和大家分享。 战前，为提高产量而引入到飞机制造行业的“分部式”生产工艺随着德国亨舍尔公司划时代的大型工装具的实用化而得到进一步发展，连当时的日本川西飞机公司也想学习这一先进技术。但是，仅仅依靠“分部式”生产工艺是无法让BF-109在战时达到3万几千架的世界最大单座战斗机产量和Ju-88超2万架的数量的，而这其中的奥秘之一就在于同样被日本“彩云”和“疾风”采用的“标准孔”式工艺法。下面我就从这一次开始，使用川西飞机公司的历史资料分多次带大家去看看何为“标准孔”式工艺以及具体实现方法。 1944年10月5日到11月25日的50天时间里，川西公司飞机部工作研究科的3名工程师在中岛飞机公司对其引入的“标准孔”工艺法（给川西的调查报告里称作“标准孔式装配法”）进行了现场调研。中岛公司在当年3月于群马县太田工厂制造的“疾风”第2批次原型机和同年4月开始在爱知县半田工厂生产的“彩云”量产机成为了此次调研的2种对象机型。 随后，3位工程师于1945年1月20日制作完成了提交给公司的，题为《工作技术科第1号报告——标准孔式装配法》的调研报告。报告书总数约190页、照片几十张、图表丰富，其中有关“疾风”的标准孔制作照片恐怕是首次见到。另外，该工艺中涉及的工具、夹具以及实际工程进度表都很值得期待。 报告书的一开头就讲了什么是“标准孔式装配法”（原文如此）？根据叙述，“标准孔式装配法”就是在飞机的各个零部件上精确打孔，并利用这些孔进行零部件的装配，最终再总装成一架飞机的过程。这是一种不使用以往诸如亨舍尔式大型或集成工装具进行装配飞机的工艺方法。 第一步是制作能够复现飞机机体结构的主模具，然后在此基础上制作用于模具切割、钻孔以及组装的简单工装夹具，这样从材料的切割到组装就实现了标准化（通用性）。带来的结果就是提高了零部件的加工精度、生产效率并缩短了工时。 下面以打孔作业为例。我们知道飞机制造过程中需要打大量铆钉，为此进行的数量高达几万几十万次的打孔作业就成了一项非常棘手的工作。然而，在采用“标准孔”工艺，并使用“穿孔板”（卡规）和“立体穿孔板”（框架）后，即便不是熟练工人也能很简单地在短时间内进行大量的钻孔作业。照片1中的立体穿孔板就是容克斯公司在1939年左右用于Ju88A-1的机舱后部顶棚打孔用的标准化工装具。为了防止钻头刀刃接触部分因磨损出现精度下降问题，通常在穿孔板上嵌入衬套或者预先进行电镀。不过，在同时进行多个钻孔的情况下，不使用衬套。 在打孔作业中，除了穿孔板以外，和其配套使用的还有固定式电动钻床（照片2）、移动式钻床（照片3）、摇臂式电动钻台（照片4）、双轴移动式气动钻、连续式台钻等。这些工器具的采用使得打孔作业变得简单、高效。图2～4都是中岛太田工厂的“疾风”生产实景。除了图2外，其余照片中黑色的大型板状物就是“疾风”的专用穿孔板。此外，在臂式电动钻床的说明书中还提到“操作非常轻便，女工也几乎感觉不到劳累。”。图2 固定式电动钻床 连续式台钻是将多个台钻在长长的工作台上排成一列，用大型电机驱动，然后再用皮带同时带动各个钻床一起旋转。这是一种将小型板材或零件以流水作业的方式横向送入，以便一个接一个地连续钻出直径各异的孔的工具。 除了飞机制造领域之外，“标准孔”式工艺法很早就被引入到了机械、建筑、船舶、汽车，甚至玩具制造行业。然而不知为啥，日本的航空工业却一直迟迟没有大规模应用，当时仅有中岛的“疾风”和“彩云”2款机型采用同样方式生产。即便到了1944年，也没有在日本完全普及。 战前，美国就已经让该生产工艺实用化。就在日本还在进口国外零部件时，道格拉斯公司于1937年9月量产的DC-3运输机的外板和椼条就开始采用这种方式制作。格鲁曼公司的水上战斗机机体部分同样也采用了这种生产工艺。不仅如此，该生产方式在美国波音公司和马丁公司也得到了普及。即便是战前的德国亨舍尔公司也派遣技术人员参观、学习了美苏两国的飞机制造流程，并于随后引进了该生产工艺，还和法国技术人员共同对该工艺进行了具体研究。（以上叙述可以看到，战前世界上主要的航空强国都已经应用了“标准孔”式生产工艺，只有日本还在后知后觉，固步自封） 具体到在德国的应用实例就是，亨舍尔公司的战斗机（大概指Hs-123）的机翼、外板、肋骨、椼条以及其他零部件都是用同一计量单位钻孔再组装完成的。其主翼梁可通过同时安装多个钻头的半自动多轴钻床（即便今天也有多种此类产品）一次性打110个孔，全程共7道工序，完成3400个铆钉打孔只需28分钟。以往装配主翼梁需要56MH（也就是56人一小时的工作量或者1人56小时的工作量），而现在仅需原来的1/8的工作量（也就是7MH）。并且由于不使用大型工装具，因此即便在诸如地下或者防空洞内作业，也不会占用太多场地，非常适合战时生产条件。 至于主翼装配，则是用2根直径约120毫米的钢管纵向悬吊在主翼根部和翼端侧的悬架式单轨工装具，可以直接移动或固定。首先在两根钢管之间用金属部件完成主翼梁的装配成形，然后在其上安装翼肋和规定的零件，最后再铺设外板（蒙皮）。在此过程中，主翼通常保持在竖直状态，但如果工作需要，也可以以钢管为轴旋转90度，成水平状态放置。 整个装配过程需要20道工序，各道工序间用轨道移动，形成一道完整的流水作业。由于各个零部件都是按照“标准孔”方式进行了准确打孔，所以即使不用熟练男工而用大部分女工也可以在不用特殊固定件和支撑件的情况下完成全部打铆钉工作。尽管这样，打铆钉后的主翼的扭曲程度也在±15%以内（以角度单位换算则为1/4度），保持了完美的兼容性（互换性）。 根据报告书推测，当时的亨克尔公司员工中，80%不是德国人，并且大部分都是女工；此外，苏联、英国、美国等国均广泛使用了“标准孔”式生产工艺法。结论就是，这种方式可以提高生产效率和维持生产速度，作为应对敌方空袭的对策，无疑是行之有效的飞机制造方法。 虽然在报告书里讲述了中岛半田工厂的“彩云”各部分生产的具体情况，但这里主要以主翼为例进行讲解。 照片5是报告书中登载的C6N1（即彩云11型）的左翼上部示意图。照片6为主翼根部1号油箱组装前的部件和蒙皮示意图。 由上图可见，在3片翼肋和内壁（上图中较大的U型部件）的结合面都开有临时孔，另在内壁侧还开有主孔。然后将以上部件放置在图7中的钻孔工装具下部的底座上，再将图中上方的网格状钻孔道具盖在部件上，并用中央紧固件将其和底座牢牢固定。下一步沿着钻孔模具在蒙皮上打孔，使翼肋上的临时孔和其恰好吻合。钻孔模具的两端有直径50毫米的滚轮，安装时其与底座两端斜支撑件上部接触，再将底座侧面卡扣锁死以及中央紧固件的固定螺杆旋紧，这样钻孔模具和蒙皮就被牢牢地压在底座上面了。此外，由于需要同时在蒙皮和翼肋上钻孔，所以钻孔模具上预定位置没有加装衬套。 接下来的是带前缘缝翼的主翼外侧前缘部位加工解说。图8展示的是该部位的翼肋、纵梁和蒙皮的开孔示意以及装配情况。纵梁和蒙皮上开有主孔。图9是加工该部位所用的集成工装具，和组装机翼整体的亨舍尔大型工装具相比，结构小很多。在其下侧的椼架上安装有翼肋，如图中A-A断面所示，并用螺栓固定在纵梁上，再用销钉固定在翼肋穿孔板上进行钻孔。图10展示了在主翼下部后缘如何打孔以及部件组装情况。图11是用于该部位，与图9安装方向完全一致的集成式工装具。这里仅展示了左侧机翼使用的集成式工装具，需要注意的是，实际上在成对的另一侧也配置了右侧机翼的工装具，并通过下端的椼架连为一体，同步加工、装配两侧机翼（原因很简单，就是彩云设计的是下单翼，其主翼下部几乎处于一个水平面）。此外，左右竖立的轨道金属支撑件是用于安装襟翼的。
