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國內(nèi)航空緊固件現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2020-09-11

航空發(fā)動機(jī)因其工業(yè)技術(shù)要求之高而被譽(yù)為“皇冠上的明珠”。其中，航空發(fā)動機(jī)緊固件作為“明珠”體內(nèi)的紐帶，也因其高壓、高溫、高強(qiáng)度的使用環(huán)境要求，使得其性能及技術(shù)要求相對其他緊固件而言有更多的特殊性，更高的安全性和可靠性。因此，美、英等科技大國紛紛將航空發(fā)動機(jī)緊固件作為一種基礎(chǔ)科學(xué)，投入大量資金進(jìn)行研發(fā)。國內(nèi)航空領(lǐng)域，隨著兩機(jī)重大專項(xiàng)的落地實(shí)施，正式開啟了航空發(fā)動機(jī)專業(yè)化發(fā)展的道路，為后續(xù)各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)發(fā)展及基礎(chǔ)學(xué)科研究開創(chuàng)了更好的發(fā)展條件。

航空發(fā)動機(jī)上主要緊固件產(chǎn)品有各種類型的螺栓、帶鍵螺樁、自鎖螺母、螺套、銷釘、管路件連接件等。相對于緊固件大家族來說，航空發(fā)動機(jī)上使用的緊固件種類比較集中，但由于其工作環(huán)境的限制，此類緊固件特別是熱端緊固件的使用性能要求較高。

國內(nèi)的航空發(fā)動機(jī)緊固件制造廠商眾多，主要分散在航空、航天領(lǐng)域及部分民營企業(yè)，各廠商之間相互獨(dú)立，產(chǎn)品覆蓋重疊，主要以生產(chǎn)制造為主，沒有研究與制造相結(jié)合型基地。國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)零部件公司大多屬于由航空發(fā)動機(jī)主機(jī)廠分立出來的從事緊固件和中小零件生產(chǎn)的分子公司，各廠家之間的工藝制造水平、技術(shù)狀態(tài)管理水平、檢測試驗(yàn)?zāi)芰⒉畈积R，沒有形成一個集研究與制造相結(jié)合的專業(yè)化生產(chǎn)基地，不利于開展航空緊固件的技術(shù)研究和發(fā)展。

1.高溫高強(qiáng)度螺栓、螺釘
GH4169等材料的螺栓、螺釘是目前航空發(fā)動機(jī)上應(yīng)用最為廣泛的高溫高強(qiáng)度緊固件，該類零件經(jīng)熱處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)到σb≥1250Mpa，而這類高強(qiáng)度緊固件其螺紋溫滾加工技術(shù)是研究和發(fā)展的方向。

2.拉緊螺栓
發(fā)動機(jī)渦輪螺栓、高精度細(xì)長拉緊螺栓，該類緊固件是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵、重要承力件。該類緊固件一般采用鍛件毛坯加工而成，材料以高溫合金、鈦合金為主。此類零件除了有高溫、高強(qiáng)度、高精度使用性能要求外，還具有細(xì)長軸類零件的結(jié)構(gòu)形式及要求。該類零件的加工難點(diǎn)主要在高強(qiáng)度螺紋滾壓、細(xì)長軸加工變形控制等方面。

3.帶鍵鎖緊螺樁、螺套
帶鍵鎖緊螺樁、螺套，該類緊固件是近幾年新發(fā)展起來的航空緊固件連接技術(shù)，此項(xiàng)連接技術(shù)主要是從傳統(tǒng)的過盈螺紋加鎖片的組合連接方式轉(zhuǎn)變?yōu)殇N鍵鎖緊方式，使其裝配鎖緊結(jié)構(gòu)更緊湊、更合理、防松更可靠。

4．高溫合金自鎖螺母
自鎖螺母，以前該類緊固件形式比較單一，以合金鋼和不銹鋼材料為主，隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在的發(fā)動機(jī)緊固件自鎖螺母多以高溫合金材料為主，自鎖變形形式有兩點(diǎn)、三點(diǎn)、四點(diǎn)、開直槽、開斜槽等收口形式，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)有HB、GJB以及各研制型號的專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5．特種自鎖螺母
隨著國內(nèi)外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)技術(shù)水平的逐步提升，需要更可靠、更簡潔、更輕的主軸轉(zhuǎn)子緊固件，用來緊固高速旋轉(zhuǎn)主軸上的零件。這種高速旋轉(zhuǎn)主軸上的特種自鎖螺母，直徑、厚度比一般為4：1、6：1、10：1，該類特種自鎖螺母的自鎖變形區(qū)短，工藝成型難，對材料的熱處理控制、冶金質(zhì)量、自鎖穩(wěn)定性等要求很高。因此，該類緊固件的技術(shù)難點(diǎn)在于制造加工工藝、試驗(yàn)技術(shù)、檢驗(yàn)技術(shù)等方面，并需裝配專用設(shè)備、試驗(yàn)工裝、檢驗(yàn)工裝等。

隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，航空緊固件類零件已經(jīng)發(fā)展成為了一個龐大的產(chǎn)品體系，為了滿足航空發(fā)動機(jī)的更高性能的要求，未來的航空緊固件存在以下趨勢：

1. 研制周期越來越短
從目前的發(fā)展趨勢來看，航空發(fā)動機(jī)的研制周期越來越短，遂與之配套的相關(guān)零部件產(chǎn)業(yè)的研制周期被壓縮得越來越短，這需要更大的研發(fā)投入、技改設(shè)備等資源投入。

2. 產(chǎn)品性能要求越來越高
航空發(fā)動機(jī)的使用性能要求越來越高，同理，對航空緊固件的性能要求也在逐步提高，來滿足越來越復(fù)雜的使用環(huán)境，新型緊固件的技術(shù)研發(fā)也逐步發(fā)展起來。

3. 進(jìn)一步的輕量化，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用
從經(jīng)濟(jì)使用性角度來講，現(xiàn)代化的航空發(fā)動機(jī)及飛機(jī)的重量要求越小越好，如鈦合金、復(fù)合材料等新材料的研發(fā)使用將整體的提高航空緊固件的技術(shù)水平，降低發(fā)動機(jī)的重量。

4. 智能制造等關(guān)鍵制造技術(shù)的應(yīng)用
智能制造技術(shù)的發(fā)展，將有效推進(jìn)航空緊固件制造技術(shù)的提升，在未來的生產(chǎn)廠房內(nèi)，柔性生產(chǎn)線、機(jī)械臂、智能化制造中心等將會成為標(biāo)配，整體的提高航空緊固件的制造水平。

航空緊固件是一個市場前景廣闊、具備發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)，由于航空發(fā)動機(jī)的配套生產(chǎn)周期越來越短，在航空發(fā)動機(jī)行業(yè)內(nèi)建設(shè)緊固件專業(yè)化研發(fā)生產(chǎn)基地也變得尤為必要。在國內(nèi)航空緊固件復(fù)雜的分布大環(huán)境下，集中優(yōu)勢資源，快速適應(yīng)智能化制造、制造服務(wù)化、綠色制造等發(fā)展趨勢，開展智能制造技術(shù)研究，打造一個航空緊固件專業(yè)化“智能制造研發(fā)基地”，將會為航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的整體發(fā)展起到積極助推作用。