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國內航空緊固件現狀及發展趨勢

2020-09-11

航空發動機因其工業技術要求之高而被譽為“皇冠上的明珠”。其中，航空發動機緊固件作為“明珠”體內的紐帶，也因其高壓、高溫、高強度的使用環境要求，使得其性能及技術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動機緊固件作為一種基礎科學，投入大量資金進行研發。國內航空領域，隨著兩機重大專項的落地實施，正式開啟了航空發動機專業化發展的道路，為后續各項專業技術發展及基礎學科研究開創了更好的發展條件。

航空發動機上主要緊固件產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，航空發動機上使用的緊固件種類比較集中，但由于其工作環境的限制，此類緊固件特別是熱端緊固件的使用性能要求較高。

國內的航空發動機緊固件制造廠商眾多，主要分散在航空、航天領域及部分民營企業，各廠商之間相互獨立，產品覆蓋重疊，主要以生產制造為主，沒有研究與制造相結合型基地。國內航空發動機零部件公司大多屬于由航空發動機主機廠分立出來的從事緊固件和中小零件生產的分子公司，各廠家之間的工藝制造水平、技術狀態管理水平、檢測試驗能力參差不齊，沒有形成一個集研究與制造相結合的專業化生產基地，不利于開展航空緊固件的技術研究和發展。

1.高溫高強度螺栓、螺釘
GH4169等材料的螺栓、螺釘是目前航空發動機上應用最為廣泛的高溫高強度緊固件，該類零件經熱處理后抗拉強度達到σb≥1250Mpa，而這類高強度緊固件其螺紋溫滾加工技術是研究和發展的方向。

2.拉緊螺栓
發動機渦輪螺栓、高精度細長拉緊螺栓，該類緊固件是航空發動機的關鍵、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、高強度、高精度使用性能要求外，還具有細長軸類零件的結構形式及要求。該類零件的加工難點主要在高強度螺紋滾壓、細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展起來的航空緊固件連接技術，此項連接技術主要是從傳統的過盈螺紋加鎖片的組合連接方式轉變為銷鍵鎖緊方式，使其裝配鎖緊結構更緊湊、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，隨著航空發動機技術的不斷進步，現在的發動機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、三點、四點、開直槽、開斜槽等收口形式，執行的標準有HB、GJB以及各研制型號的專用技術標準。

5．特種自鎖螺母
隨著國內外先進航空發動機技術水平的逐步提升，需要更可靠、更簡潔、更輕的主軸轉子緊固件，用來緊固高速旋轉主軸上的零件。這種高速旋轉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短，工藝成型難，對材料的熱處理控制、冶金質量、自鎖穩定性等要求很高。因此，該類緊固件的技術難點在于制造加工工藝、試驗技術、檢驗技術等方面，并需裝配專用設備、試驗工裝、檢驗工裝等。

隨著航空發動機技術的迅速發展，航空緊固件類零件已經發展成為了一個龐大的產品體系，為了滿足航空發動機的更高性能的要求，未來的航空緊固件存在以下趨勢：

1. 研制周期越來越短
從目前的發展趨勢來看，航空發動機的研制周期越來越短，遂與之配套的相關零部件產業的研制周期被壓縮得越來越短，這需要更大的研發投入、技改設備等資源投入。

2. 產品性能要求越來越高
航空發動機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，來滿足越來越復雜的使用環境，新型緊固件的技術研發也逐步發展起來。

3. 進一步的輕量化，新材料、新技術的應用
從經濟使用性角度來講，現代化的航空發動機及飛機的重量要求越小越好，如鈦合金、復合材料等新材料的研發使用將整體的提高航空緊固件的技術水平，降低發動機的重量。

4. 智能制造等關鍵制造技術的應用
智能制造技術的發展，將有效推進航空緊固件制造技術的提升，在未來的生產廠房內，柔性生產線、機械臂、智能化制造中心等將會成為標配，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、具備發展潛力的產業，由于航空發動機的配套生產周期越來越短，在航空發動機行業內建設緊固件專業化研發生產基地也變得尤為必要。在國內航空緊固件復雜的分布大環境下，集中優勢資源，快速適應智能化制造、制造服務化、綠色制造等發展趨勢，開展智能制造技術研究，打造一個航空緊固件專業化“智能制造研發基地”，將會為航空發動機技術的整體發展起到積極助推作用。