從設(shè)計(jì)、制造、使用3個(gè)方面分析目前國內(nèi)外航空發(fā)動機(jī)緊固件的現(xiàn)狀，總結(jié)目前國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)緊固件存在的問題及差距捆革，在航空發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化、材料及表面防護(hù)着茸、連接技術(shù)等方面提出幾點(diǎn)思考壮锻。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；緊固件；標(biāo)準(zhǔn)化猜绣；高溫合金灰殴；安裝力矩

航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為工業(yè)“皇冠上的明珠”，其質(zhì)量及可靠性直接影響飛機(jī)的性能掰邢。緊固件作為一種※常用的連接件在發(fā)動機(jī)中大量應(yīng)用牺陶，由于發(fā)動機(jī)工作時(shí)的特殊環(huán)境，要求其連接所使用的緊固件具有高強(qiáng)度辣之、耐高溫掰伸、高耐久性和抗疲勞等特點(diǎn)。經(jīng)過十幾年的技術(shù)積累怀估，國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)用緊固件取得一定進(jìn)展狮鸭，然而，國內(nèi)在航空發(fā)動機(jī)緊固件的設(shè)計(jì)多搀、制造及使用方面仍與國外存在一定差距歧蕉。

1 航空發(fā)動機(jī)用緊固件設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 緊固件標(biāo)準(zhǔn)
航空發(fā)動機(jī)用緊固件主要包括螺栓、螺釘虾驰、螺樁吼季、螺母、鉚釘伊了、墊圈及螺套等產(chǎn)品误反。國外目前已經(jīng)構(gòu)建了完善的航空發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)體系。以SAE（美國汽車工程師學(xué)會）下屬的E-25（航空發(fā)動機(jī)通用標(biāo)準(zhǔn)委員會）為例栅刚，目前共編制各類緊固件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)630項(xiàng)奠钾，見表1。每類產(chǎn)品又以尺寸系列憾牵、材料、強(qiáng)度等級及使用溫度的不同阀温，分為更細(xì)致的體系印脓。除緊固件的技術(shù)規(guī)范及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以外，SAE還編制了包括螺紋啡笑、公差崇磁、頭型、潤滑推姻、熱處理平匈、安裝標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)藏古、技術(shù)規(guī)范以及材料標(biāo)準(zhǔn)一起形成了完善的航空發(fā)動機(jī)用緊固件標(biāo)準(zhǔn)體系增炭。

表1 SAE E-25發(fā)布的發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)

然而，發(fā)動機(jī)緊固件在國內(nèi)各主機(jī)廠所屬于“小零件”管理，其標(biāo)準(zhǔn)化水平低隙姿，已經(jīng)日漸成為新一代航空發(fā)動機(jī)研制過程中的突出問題梅垄。目前，國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)未成體系输玷，行業(yè)級以上標(biāo)準(zhǔn)僅42項(xiàng)队丝，且主要為螺栓、螺釘及螺母標(biāo)準(zhǔn)欲鹏。在行業(yè)級以上標(biāo)準(zhǔn)不健全的情況下机久，國內(nèi)各主機(jī)所依托發(fā)動機(jī)型號的研制，參照國外先進(jìn)的緊固件標(biāo)準(zhǔn)赔嚎，陸續(xù)編制了各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)犯绪，但仍存在尺寸系列不健全、相同產(chǎn)品不同標(biāo)準(zhǔn)中存在技術(shù)差異等問題革秩，使本身通用化程度極高的緊固件標(biāo)準(zhǔn)變得通用性差仓突，并造成合格鑒定試驗(yàn)、管理等方面資源的重復(fù)和浪費(fèi)焦赋，給發(fā)動機(jī)緊固件的配套及使用單位造成額外負(fù)擔(dān)绊削。

1.2 緊固件結(jié)構(gòu)要素
在緊固件的結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)方面，國外形成了完善的緊固件結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鲁磺。例如制棉，在NA0156《外螺紋公制緊固件設(shè)計(jì)》中，標(biāo)準(zhǔn)給出了螺栓螺釘?shù)念^型跋园、光桿诸晃、螺紋、外形息栖、表面粗糙度等設(shè)計(jì)參數(shù)益命，涵蓋六角頭、十二角頭鹿蜀、沉頭箕慧、盤頭等不同結(jié)構(gòu)形式的螺栓。在螺栓螺釘扳擰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面茴恰，美國相關(guān)文件中給出了不同形式扳擰結(jié)構(gòu)對應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)颠焦、安裝工具，以及不同槽型的理論許用強(qiáng)度往枣，見表2伐庭，以支撐緊固件的設(shè)計(jì)及選用。

表2 螺栓螺釘扳擰結(jié)構(gòu)要素

針對緊固件設(shè)計(jì)常用的頭型分冈、光桿和扳擰結(jié)構(gòu)圾另，國內(nèi)尚未形成系統(tǒng)且統(tǒng)一的緊固件結(jié)構(gòu)要素標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或型號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定存在差異，標(biāo)準(zhǔn)“多盯捌、雜淳衙、散”，通用化程度越來越低饺著，給生產(chǎn)廠家產(chǎn)品供應(yīng)及裝備保障帶來額外的負(fù)擔(dān)箫攀。此外，由于缺少統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)準(zhǔn)煞精，使得由“形”到“數(shù)”的道路堵塞筷穿，無法適應(yīng)如今智能制造的發(fā)展趨勢。

2 航空發(fā)動機(jī)緊固件制造現(xiàn)狀
2.1 緊固件材料
由于航空發(fā)動機(jī)工作時(shí)的高溫環(huán)境因郁，要求緊固件必須具有耐高溫牧赚、高抗疲勞性等特點(diǎn)。因此加鄙，發(fā)動機(jī)緊固件在選材時(shí)淆膏，往往選用具有良好高溫性能的材料。一般來說溜盾，在發(fā)動機(jī)的高溫部位肴士，緊固件材料多采用高溫合金，如GH2132、GH4738、GH4169等慷境；在低溫部位，緊固件材料以不銹鋼和合金鋼為主吉恍，如1Cr11Ni2W2MoV、40CrNiMo等景殷；若存在減重的需求溅呢，可以有針對性地選取鈦合金緊固件[2]。

目前猿挚，國外發(fā)動機(jī)大量選用了以鐵基和鎳基高溫合金為主的高溫合金緊固件咐旧，牌號包括A286、Wasploy亭饵、Inconel718等休偶，對應(yīng)的緊固件卓越使用溫度可達(dá)425℃梁厉、650℃以及730℃辜羊。其中對于螺栓產(chǎn)品，90%以上采用的是Inconel718词顾；而對于與螺栓配套的螺母及自鎖螺母八秃，材料主要是Wasploy和A286。

由于國內(nèi)高溫合金材料的發(fā)展與國外相比較為滯后，國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)仍大量使用1Cr11Ni2W2MoV昔驱、40CrNiMo等不銹鋼疹尾、合金鋼緊固件，這些材料的高溫強(qiáng)度榄湿、高溫持久性能等與高溫合金材料相比有很大差距宽酣，大大制約了我國航空發(fā)動機(jī)緊固件的技術(shù)發(fā)展。隨著國家對航空發(fā)動機(jī)的投入不斷加大宛扒，近年來陸續(xù)開展了針對GH2132优麻、GH4169等緊固件用高溫合金棒絲材的國產(chǎn)化攻關(guān)。然而治队，國產(chǎn)材料仍存在晶粒粗大胯绢、混晶等現(xiàn)象，國產(chǎn)棒絲材的性能水平鼻肉、批次穩(wěn)定性均與國外存在差距瓦式，緊固件原材料已成為制約航空發(fā)動機(jī)緊固件發(fā)展的瓶頸之一。

2.2 緊固件表面處理
針對高溫合金緊固件荡拌，為了防止高溫環(huán)境使用時(shí)螺紋部位發(fā)生粘結(jié)幸瓢，普遍采用緊固件螺紋部位局部鍍銀的方法，以保證緊固件在高溫環(huán)境下良好的抗粘結(jié)性能陕匿。此外狗准，裝備在海洋環(huán)境下的應(yīng)用需求要求發(fā)動機(jī)緊固件具有良好的耐蝕性，傳統(tǒng)的合金鋼鍍鎘茵肃、不銹鋼鈍化等緊固件在海洋環(huán)境應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象腔长，涂二硫化鉬、鍍鋅鎳合金等新型表面處理方式近年來逐漸應(yīng)用在發(fā)動機(jī)緊固件上验残。

然而捞附，鍍銀緊固件在使用過程中，主機(jī)裝配現(xiàn)場經(jīng)常反饋電鍍銀結(jié)合力不好您没，螺栓螺母配合使用后鸟召，螺紋部位鍍銀層脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，再次使用就會產(chǎn)生粘結(jié)氨鹏，使得可以多次反復(fù)使用的緊固件變成“一次性”產(chǎn)品欧募。二硫化鉬涂覆水平也與國外存在一定差距，主要體現(xiàn)在涂層的均勻性仆抵、結(jié)合力以及耐腐蝕性能方面跟继，國內(nèi)目前工藝水平很難保證緊固件的螺紋、光桿及支承面涂層厚度同時(shí)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求镣丑，由于二硫化鉬涂料的多種多樣導(dǎo)致不同廠家生產(chǎn)的涂覆二硫化鉬緊固件的外觀顏色都不相同舔糖。此外兢努，涂層輸出的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定導(dǎo)致裝配過程中經(jīng)常出現(xiàn)滯塞、螺栓擰斷等現(xiàn)象脊直。

3 航空發(fā)動機(jī)用緊固件使用現(xiàn)狀

3.1 安裝力矩-預(yù)緊力研究

國外自20世紀(jì)50年代起就采用了控制預(yù)緊力的力矩（或轉(zhuǎn)角）安裝技術(shù)贞卜，控制精度、摩擦性能的緊固件制造技術(shù)辖醒，制定了較完善的針對螺栓連接結(jié)構(gòu)安裝力矩和預(yù)緊力的標(biāo)準(zhǔn)爹嘁，如SAE AIR 1417《螺紋緊固件的擰緊力矩》、OCT1 00017《螺栓梧部、螺釘和螺樁的擰緊力矩的一般要求》鹉灼、MIL-HDBK-60《螺紋緊固件-擰緊力矩》等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同材料和不同表面處理的螺栓與螺母配合連接時(shí)叉弱，推薦的安裝力矩范圍敏困，能夠更有效地指導(dǎo)廠家進(jìn)行緊固件的安裝。國外在航空航天等領(lǐng)域的連接螺栓預(yù)緊力方面做了不少研究庐冤，形成了常規(guī)螺栓的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范莽浴，有較為完善的確定連接螺栓預(yù)緊力的方法。

在安裝力矩-預(yù)緊力方面泡徙，國內(nèi)研究開展較晚橱鹏，而且缺乏長期設(shè)計(jì)和使用的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)于緊固件安裝標(biāo)準(zhǔn)主要為上世紀(jì)八九十年代編制的航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB 6125—1987《航空發(fā)動機(jī)螺紋緊固件擰緊力矩》堪藐、HB 6586—1992《螺栓螺紋擰緊力矩》莉兰、HB/Z 251—1993《螺栓連接擰緊力矩與軸向力的關(guān)系》等，但這些技術(shù)內(nèi)容較老礁竞，標(biāo)準(zhǔn)已被限制使用糖荒，強(qiáng)度等級與現(xiàn)有高溫合金材料不匹配，已不適用于目前發(fā)動機(jī)大量使用的高溫合金緊固件模捂。其中捶朵，HB 6125—1987《航空發(fā)動機(jī)螺紋緊固件擰緊力矩》主要規(guī)定了38CrA、30CrMnSiA狂男、40CrNiMo综看、1Cr11Ni2W2MoV等合金鋼材料的緊固件安裝力矩，這些材料在新一代航空發(fā)動機(jī)緊固件已經(jīng)被鈦合金岖食、耐蝕耐熱鋼红碑、高溫合金大量替代，標(biāo)準(zhǔn)缺少TC4泡垃、GH4169彬界、GH4738等材料緊固件的安裝力矩參數(shù)，雖然標(biāo)準(zhǔn)也給出了GH2132緊固件的安裝力矩徒浸，但是緊固件對應(yīng)的螺紋為M螺紋棠蹬，不適用于目前航空發(fā)動機(jī)大量使用的MJ螺紋和UNJ螺紋GH2132緊固件；HB 6586—1992《螺栓螺紋擰緊力矩》按照強(qiáng)度等級的不同躯琐，給出了590 MPa偷颜、930 MPa、1 075 MPa囊古、1 470 MPa緊固件的安裝力矩彰派，但是這些強(qiáng)度等級與現(xiàn)有飛機(jī)發(fā)動機(jī)常用的緊固件強(qiáng)度等級（900 MPa、1 100 MPa狠压、1 210 MPa司终、1 275 MPa、1 550 MPa）不匹配相品，無法直接應(yīng)用卧他。針對關(guān)鍵部位應(yīng)用的緊固件，主機(jī)廠在零件圖紙上給出了產(chǎn)品的安裝力矩?cái)?shù)值品山。然而胆建，在該安裝力矩?cái)?shù)值產(chǎn)生的預(yù)緊力大小并未給出，也未進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證肘交。此外笆载，安裝力矩-預(yù)緊力關(guān)系與螺栓螺母表面的涂鍍層和螺栓螺紋息息相關(guān)，不同涂鍍層及螺紋精度直接影響預(yù)緊力與安裝力矩的關(guān)系涯呻。

3.2 安裝工藝

在緊固件的安裝工藝方面凉驻，國外各緊固件主機(jī)單位形成了相應(yīng)的安裝規(guī)范，如波音公司的BAC5009《螺栓螺母安裝規(guī)范》等复罐，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了不同類別緊固件的安裝工藝涝登，如制孔、锪窩效诅、安裝參數(shù)缀拭、表面防護(hù)等技術(shù)條件。

國內(nèi)編制了HB/Z 223《飛機(jī)裝配工藝》行業(yè)級以上系列標(biāo)準(zhǔn)填帽，針對螺栓螺母蛛淋、實(shí)心鉚釘、環(huán)槽鉚釘蔗须、抽芯鉚釘羊脾、螺紋空心鉚釘、高抗剪鉚釘?shù)染o固件產(chǎn)品的安裝技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)定玛耿，還涵蓋例如制孔认畦、锪窩、安裝漱蔬、安裝后檢查御颇、表面防護(hù)等通用要求溪失。但這些標(biāo)準(zhǔn)僅適用應(yīng)用于三代機(jī)為主的緊固件，對于近年來新研的高端緊固件材框，仍缺少相關(guān)的安裝工藝規(guī)范桃逆。

3.3 安裝工具

緊固件產(chǎn)品安裝工具的發(fā)展伴隨著緊固件產(chǎn)品的發(fā)展，國外在緊固件發(fā)展中充分考慮緊固件裝配工藝的適應(yīng)性缰俭，使其能夠在裝配現(xiàn)場正確使用贫莹，同時(shí)還要考慮緊固件所需要的安裝工具。緊固件型譜的產(chǎn)生京挖，催生了一批緊固件安裝工具標(biāo)準(zhǔn)的誕生窗慎。然而，國內(nèi)缺少專業(yè)化的緊固件安裝工具生產(chǎn)廠家卤材，緊固件生產(chǎn)廠家缺乏安裝工具設(shè)計(jì)及制造能力遮斥，發(fā)動機(jī)緊固件安裝工具部分依賴進(jìn)口。此外扇丛，由于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜伏伐，安裝空間狹窄，使用的緊固件頭型包含六角晕拆、十角藐翎、十二角、十二角花鍵实幕、D頭及T頭等吝镣，需要配套的緊固件安裝工具多，也給裝備保障帶來一定考驗(yàn)昆庇。

4 問題與差距

（1）發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)通用化末贾、系列化程度低，標(biāo)準(zhǔn)缺失整吆。目前在國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)行業(yè)拱撵，緊固件為小零件管理，產(chǎn)品大都以圖紙绎揭，而非標(biāo)準(zhǔn)的形式出現(xiàn)卑绢，發(fā)動機(jī)緊固件的通用化、系列化程度低叉室。目前蛮嘹，現(xiàn)有的行業(yè)級以上的標(biāo)準(zhǔn)無法滿足新一代發(fā)動機(jī)對于高溫、高強(qiáng)度布撑、高抗疲勞性的使用需求诲要，需要構(gòu)建涵蓋產(chǎn)品、技術(shù)規(guī)范辩洪、熱表處理及安裝使用等標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的完善的標(biāo)準(zhǔn)體系粱目。

（2）發(fā)動機(jī)緊固件配套材料及表面防護(hù)技術(shù)落后￠股疲現(xiàn)有的國產(chǎn)高溫合金材料在批次穩(wěn)定性及生產(chǎn)加工性能方面仍與國外存在較大差距，鍍銀層挫蓝、二硫化鉬層的厚度結(jié)合力陡花、耐腐蝕性能仍有待提升，發(fā)動機(jī)緊固件配套材料及表面防護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為制約航空高端緊固件發(fā)展的重要問題之一酷窥。

（3）發(fā)動機(jī)緊固件連接技術(shù)缺少系統(tǒng)的研究支撐。現(xiàn)有高溫合金緊固件缺少安裝力矩-預(yù)緊力關(guān)系伴网，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)緊固件在安裝及拆卸過程中容易出現(xiàn)拆卸力矩過大導(dǎo)致頭部打滑及螺栓擰斷等現(xiàn)象蓬推，發(fā)動機(jī)緊固件安裝質(zhì)量問題頻發(fā)。

5 結(jié)束語

隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展澡腾，發(fā)動機(jī)緊固件已成為一個(gè)龐大的產(chǎn)品體系沸伏，為滿足航空發(fā)動機(jī)更高性能的要求，未來的航空發(fā)動機(jī)緊固件研制周期越來越短动分，性能要求越來越高毅糟，新材料新技術(shù)應(yīng)用越來越多。針對航空發(fā)動機(jī)緊固件設(shè)計(jì)澜公、制造及使用方面存在的各種問題姆另，需要構(gòu)建完善的涵蓋產(chǎn)品、材料坟乾、熱表及安裝等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的發(fā)動機(jī)緊固件標(biāo)準(zhǔn)體系迹辐，用標(biāo)準(zhǔn)打通“設(shè)計(jì)-制造-使用-維護(hù)”全流程，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)緊固件由“小零件”到標(biāo)準(zhǔn)件的轉(zhuǎn)變甚侣。此外袍城，需要重點(diǎn)開展發(fā)動機(jī)緊固件用原材料及先進(jìn)表面防護(hù)技術(shù)的攻關(guān)，并對研制的國產(chǎn)產(chǎn)品系統(tǒng)開展安裝技術(shù)研究妇保，從而提升發(fā)動機(jī)緊固件連接質(zhì)量篓翠，解決發(fā)動機(jī)緊固件安裝質(zhì)量頻發(fā)的問題。

（微鈦空間）

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