航空鈦合金緊固件生產加工探討與應用

進入21世紀,航空航天展現出更加廣闊的發展前景,高水平或超高水平的航空航天活動更加頻繁,其作用將遠遠超出科學技術領域本身,對政治、經濟、軍事以至人類社會生活都會產生更廣泛和更深遠的影響。

應該指出,航空航天事業所取得的巨大成就,與航空航天材料技術的發展和突破是分不開的,而鈦合金因強度高、表面質量輕等優點在航空領域具有無可取代的地位。

鈦合金緊固件,一般需要進行固溶時效熱處理,從而保證其滿足660MPa的抗剪強度以及1100MPa的抗拉強度性能要求,

鈦合金制造的緊固件要對其進行詳細的檢查,除了觀察外觀是否存在損毀,還要對其進行機械性能以及冶金的檢查鈦合金緊固件具有嚴格的材料標準以及質量、性能標準和要求,

鈦合金緊固件的加工技術條件要與AMS4967標準(絲材、退火、鍛件和環形件、可熱處理的鈦合金棒材)中提出的相關要求相符合,該標準在材料的公差、尺寸、金相、外觀、缺陷控制、以及機械性能等方面均有明確的標準要求和性能要求。

航空鈦合金緊固件


1.鈦合金緊固件加工中存在的問題

腐蝕問題。在進行鈦合金緊固件的安裝時容易形成一定間隙,這樣在金屬空襲之間就會有表面涂料流入,從而導致了緊固件在生產過程當中容易受到服飾。后續使用過程中,連接緊密性就會受到影響。鈦合金材料的抗腐蝕性能的主要原因是其表面有一層防護性氧化膜。這層膜能夠有效保護材料內部的鈦合金不被氧化,從而提高鈦合金材料的耐腐蝕性能。

車削加工中存在的問題。鈦合金材料屬難加工材料,導熱性很差。加工過程中產生的熱不會通過零件和機床結構擴散,而是集中在切削區,存在著較強的缺口敏感性,可能導致崩刃和變形;而刀刃變鈍則會產生甚至更高的熱量并進一步降低刀具壽命切削過程中產生的高溫還會引起工件不斷硬化,這種現象會影響鈦的表面完整性,并可能導致零件的幾何精度不精確,并嚴重降低其疲勞強度一般來說,在合理的機械加工條件中,車削工序并不困難,如果是對于大批量生產、連續切削、以及金屬去除量比較大的切削,需要采用硬質合金刀具;而在成型切削或切斷時需要對鋼刀具進行合理調整,必要時采用金屬陶瓷刀具。

鈦合金緊固件機械加工的精密度問題。對于機械的精密度要求會更高。在機械生產的時候,由于刀具每一次生產過程當中都是處于工作磨損狀態,而且根據程序來進行校準,鈦合金緊固件的密度更高,刀具在加工過程當中很容易受到磨損,在磨損的狀態之下,刀具仍然按照程序進行加工, 就很容易造成緊密件在加工過程當中的精密度受到影響。如果緊固件的精密度在整個加工過程當中精密度沒有嚴格控制在誤差范圍之內,在使用的過程當中不能夠把 鈦合金和其他材料緊密連接,從而對于后面的使用有一定的影響,提升鈦合金緊固件在機械加工生產過程當中的精度是生產過程當中需要克服的一大難題。例如圖所展示的緊固件工藝產品就是在高精密度的生產車間做出來的產品,這種產品的連接性能更佳。

2.加工鈦合金緊固件的工藝訣竅

采用正角型幾何形狀的刀片,以減少切削力、切削熱和工件的變形;保持刀片刃口鋒利,鈍的刀具是熱集結和磨損的原因,容易導致刀具失效。

保持恒定的進給以避免工件的硬化,在切削過程中刀具要始終處于進給狀態,銑削時徑向吃刀量ae應為半徑的30%。

采用高壓大流量切削液,以保證加工過程的熱穩定性,防止因溫度過高導致工件表面變性和刀具損壞。

盡可能在鈦合金最軟的狀態加工,因為淬硬后材料變得更難加工,熱處理提高了材料的強度。

使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入,盡可能把更多的刀刃進入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量,防止局部破損。在銑削鈦合金時,各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大,徑向吃刀量(銑削深度)ae次之。

3.航空中的應用

根據數據顯示,鈦合金緊固件在飛機上被廣泛使用。

我國國產C919飛機每架約需鈦合金緊固件20萬件,要完成首批100架啟動訂單就需要2000萬件鈦合金緊固件。

按計劃2018年年產150架大飛機計算的話,每年就需要3000萬件鈦合金緊固件。鈦合金緊固件發展潛力巨大,市場發展前景十分看好。

近年來,我國航空航天事業的飛速發展,對航空緊固件的需求急劇增加。

此外,我國大飛機的制造已經取得很大的進步,雖然距2014年首飛還有一段時間,可在2010年年底的航展會上已經獲得了100架的啟動訂單,要完成這些訂單對鈦合金緊固件的需求巨大,鈦合金緊固件的市場前景十分看好。

為保證航空航天器具的連續安全飛行,對鈦緊固件要求極高。尤其是商用飛機投入運營后要運行二三十年,并每天十幾小時的連續不間斷飛行,對緊固件的要求甚至高于航天用標準,鈦合金緊固件可滿足上述需求。

另外,鈦合金緊固件可以大大減輕飛機的自身重量,不僅可以提高飛機性能,還能降低使用成本,Z主要的是可是降低油耗。

如此優良的性能必然在飛機制造中被廣泛應用,當前困擾它發展的主要問題就是鈦合金材料。

機械行業分析指出,我國是一個緊固件生產大國,產量連續多年居世界首位,但我國并不是一個緊固件生產強國。

我國產的緊固件多是低端、低附加值的產品,航空緊固件等高端固件的市場份額較低,產品種類、規格都十分有限,相關技術及生產還有待提高。

最近這幾年的鈦合金材料廣泛運用,離不開創新驅動,離不開國家的宏大規劃。

隨著鈦合金加工成本的不斷下降,未來其在飛機結構中的應用會越來越廣泛。

隨著我國航空工業的迅速發展及對飛行器性能要求的不斷提高,未來高性能航空緊固件對其制造鈦合金材料提出了更高強度、更高斷裂韌性、更高疲勞性能要求。

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