航空發(fā)動機因其工業(yè)技術(shù)要求之高而被譽為“皇冠上的明珠”。其中,航空發(fā)動機緊固件作為“明珠”體內(nèi)的紐帶,也因其高壓、高溫、高強度的使用環(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)動機緊固件作為一種基礎(chǔ)科學(xué),投入大量資金進行研發(fā)。國內(nèi)航空領(lǐng)域,隨著兩機重大專項的落地實施,正式開啟了航空發(fā)動機專業(yè)化發(fā)展的道路,為后續(xù)各項專業(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)動機零部件公司大多屬于由航空發(fā)動機主機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?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.高溫高強度螺栓、螺釘
GH4169等材料的螺栓、螺釘是目前航空發(fā)動機上應(yīng)用最為廣泛的高溫高強度緊固件,該類零件經(jīng)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(shù)是研究和發(fā)展的方向。
2.拉緊螺栓
發(fā)動機渦輪螺栓、高精度細長拉緊螺栓,該類緊固件是航空發(fā)動機的關(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、高強度、高精度使用性能要求外,還具有細長軸類零件的結(jié)構(gòu)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(fā)展起來的航空緊固件連接技術(shù),此項連接技術(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)動機技術(shù)的不斷進步,現(xiàn)在的發(fā)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(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)外先進航空發(fā)動機技術(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)難點在于制造加工工藝、試驗技術(shù)、檢驗技術(shù)等方面,并需裝配專用設(shè)備、試驗工裝、檢驗工裝等。
隨著航空發(fā)動機技術(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. 進一步的輕量化,新材料、新技術(shù)的應(yīng)用
從經(jīng)濟使用性角度來講,現(xiàn)代化的航空發(fā)動機及飛機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)動機的配套生產(chǎn)周期越來越短,在航空發(fā)動機行業(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)動機技術(shù)的整體發(fā)展起到積極助推作用。