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航空发动机紧固件未来发展方向探索

伟德国际手机 更新时间:2017-03-06 15:34:20 来源:中国航空新闻网 字号:

  航空发动机因其工业技术要求之高而被誉为“皇冠上的明珠”。其中,航空发动机紧固件作为“明珠”体内的纽带,也因其高压、高温、高强度的使用环境要求,使得其性能及技术要求相对其他紧固件而言有更多的特殊性,更高的安全性和可靠性。因此,美、英等科技大国纷纷将航空发动机紧固件作为一种基础科学,投入大量资金进行研发。国内航空领域,随着两机重大专项的落地实施,正式开启了航空发动机专业化发展的道路,为后续各项专业技术发展及基础学科研究开创了更好的发展条件。

  国内航空紧固件现状

  航空发动机上主要紧固件产品有各种类型的螺栓、带键螺桩、自锁螺母、螺套、销钉、管路件连接件等。相对于紧固件大家族来说,航空发动机上使用的紧固件种类比较集中,但由于其工作环境的限制,此类紧固件特别是热端紧固件的使用性能要求较高。

  国内的航空发动机紧固件制造厂商众多,主要分散在航空、航天领域及部分民营企业,各厂商之间相互独立,产品覆盖重叠,主要以生产制造为主,没有研究与制造相结合型基地。国内航空发动机零部件公司大多属于由航空发动机主机厂分立出来的从事紧固件和中小零件生产的分子公司,各厂家之间的工艺制造水平、技术状态管理水平、检测试验能力参差不齐,没有形成一个集研究与制造相结合的专业化生产基地,不利于开展航空紧固件的技术研究和发展。

  航空发动机紧固件主要核心产品的研究发展

  1.高温高强度螺栓、螺钉

  GH4169等材料的螺栓、螺钉是目前航空发动机上应用最为广泛的高温高强度紧固件,该类零件经热处理后抗拉强度达到σb≥1250Mpa,而这类高强度紧固件其螺纹温滚加工技术是研究和发展的方向。

  2.拉紧螺栓

  发动机涡轮螺栓、高精度细长拉紧螺栓,该类紧固件是航空发动机的关键、重要承力件。该类紧固件一般采用锻件毛坯加工而成,材料以高温合金、钛合金为主。此类零件除了有高温、高强度、高精度使用性能要求外,还具有细长轴类零件的结构形式及要求。该类零件的加工难点主要在高强度螺纹滚压、细长轴加工变形控制等方面。

  3.带键锁紧螺桩、螺套

  带键锁紧螺桩、螺套,该类紧固件是近几年新发展起来的航空紧固件连接技术,此项连接技术主要是从传统的过盈螺纹加锁片的组合连接方式转变为销键锁紧方式,使其装配锁紧结构更紧凑、更合理、防松更可靠。

  4.高温合金自锁螺母

  自锁螺母,以前该类紧固件形式比较单一,以合金钢和不锈钢材料为主,随着航空发动机技术的不断进步,现在的发动机紧固件自锁螺母多以高温合金材料为主,自锁变形形式有两点、三点、四点、开直槽、开斜槽等收口形式,执行的标准有HB、GJB以及各研制型号的专用技术标准。

  5.特种自锁螺母

  随着国内外先进航空发动机技术水平的逐步提升,需要更可靠、更简洁、更轻的主轴转子紧固件,用来紧固高速旋转主轴上的零件。这种高速旋转主轴上的特种自锁螺母,直径、厚度比一般为4:1、6:1、10:1,该类特种自锁螺母的自锁变形区短,工艺成型难,对材料的热处理控制、冶金质量、自锁稳定性等要求很高。因此,该类紧固件的技术难点在于制造加工工艺、试验技术、检验技术等方面,并需装配专用设备、试验工装、检验工装等。

  航空紧固件的发展趋势

  随着航空发动机技术的迅速发展,航空紧固件类零件已经发展成为了一个庞大的产品体系,为了满足航空发动机的更高性能的要求,未来的航空紧固件存在以下趋势:

  1. 研制周期越来越短

  从目前的发展趋势来看,航空发动机的研制周期越来越短,遂与之配套的相关零部件产业的研制周期被压缩得越来越短,这需要更大的研发投入、技改设备等资源投入。

  2. 产品性能要求越来越高

  航空发动机的使用性能要求越来越高,同理,对航空紧固件的性能要求也在逐步提高,来满足越来越复杂的使用环境,新型紧固件的技术研发也逐步发展起来。

  3. 进一步的轻量化,新材料、新技术的应用

  从经济使用性角度来讲,现代化的航空发动机及飞机的重量要求越小越好,如钛合金、复合材料等新材料的研发使用将整体的提高航空紧固件的技术水平,降低发动机的重量。

  4. 智能制造等关键制造技术的应用

  智能制造技术的发展,将有效推进航空紧固件制造技术的提升,在未来的生产厂房内,柔性生产线、机械臂、智能化制造中心等将会成为标配,整体的提高航空紧固件的制造水平。

  航空紧固件是一个市场前景广阔、具备发展潜力的产业,由于航空发动机的配套生产周期越来越短,在航空发动机行业内建设紧固件专业化研发生产基地也变得尤为必要。在国内航空紧固件复杂的分布大环境下,集中优势资源,快速适应智能化制造、制造服务化、绿色制造等发展趋势,开展智能制造技术研究,打造一个航空紧固件专业化“智能制造研发基地”,将会为航空发动机技术的整体发展起到积极助推作用。

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