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航空钛合金紧固件生产加工探讨与应用

进入21世纪,航空航天展现出更加广阔的发展前景,高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁,其作用将远远超出科学技术领域本身,对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产生更广泛和更深远的影响。

应该指出,航空航天事业所取得的巨大成就,与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的,而钛合金因强度高、表面质量轻等优点在航空领域具有无可取代的地位。

钛合金紧固件,一般需要进行固溶时效热处理,从而保证其满足660MPa的抗剪强度以及1100MPa的抗拉强度性能要求,

钛合金制造的紧固件要对其进行详细的检查,除了观察外观是否存在损毁,还要对其进行机械性能以及冶金的检查钛合金紧固件具有严格的材料标准以及质量、性能标准和要求,

钛合金紧固件的加工技术条件要与AMS4967标准(丝材、退火、锻件和环形件、可热处理的钛合金棒材)中提出的相关要求相符合,该标准在材料的公差、尺寸、金相、外观、缺陷控制、以及机械性能等方面均有明确的标准要求和性能要求。

航空钛合金紧固件


1.钛合金紧固件加工中存在的问题

腐蚀问题。在进行钛合金紧固件的安装时容易形成一定间隙,这样在金属空袭之间就会有表面涂料流入,从而导致了紧固件在生产过程当中容易受到服饰。后续使用过程中,连接紧密性就会受到影响。钛合金材料的抗腐蚀性能的主要原因是其表面有一层防护性氧化膜。这层膜能够有效保护材料内部的钛合金不被氧化,从而提高钛合金材料的耐腐蚀性能。

车削加工中存在的问题。钛合金材料属难加工材料,导热性很差。加工过程中产生的热不会通过零件和机床结构扩散,而是集中在切削区,存在着较强的缺口敏感性,可能导致崩刃和变形;而刀刃变钝则会产生甚至更高的热量并进一步降低刀具寿命切削过程中产生的高温还会引起工件不断硬化,这种现象会影响钛的表面完整性,并可能导致零件的几何精度不精确,并严重降低其疲劳强度一般来说,在合理的机械加工条件中,车削工序并不困难,如果是对于大批量生产、连续切削、以及金属去除量比较大的切削,需要采用硬质合金刀具;而在成型切削或切断时需要对钢刀具进行合理调整,必要时采用金属陶瓷刀具。

钛合金紧固件机械加工的精密度问题。对于机械的精密度要求会更高。在机械生产的时候,由于刀具每一次生产过程当中都是处于工作磨损状态,而且根据程序来进行校准,钛合金紧固件的密度更高,刀具在加工过程当中很容易受到磨损,在磨损的状态之下,刀具仍然按照程序进行加工, 就很容易造成紧密件在加工过程当中的精密度受到影响。如果紧固件的精密度在整个加工过程当中精密度没有严格控制在误差范围之内,在使用的过程当中不能够把 钛合金和其他材料紧密连接,从而对于后面的使用有一定的影响,提升钛合金紧固件在机械加工生产过程当中的精度是生产过程当中需要克服的一大难题。例如图所展示的紧固件工艺产品就是在高精密度的生产车间做出来的产品,这种产品的连接性能更佳。

2.加工钛合金紧固件的工艺诀窍

采用正角型几何形状的刀片,以减少切削力、切削热和工件的变形;保持刀片刃口锋利,钝的刀具是热集结和磨损的原因,容易导致刀具失效。

保持恒定的进给以避免工件的硬化,在切削过程中刀具要始终处于进给状态,铣削时径向吃刀量ae应为半径的30%。

采用高压大流量切削液,以保证加工过程的热稳定性,防止因温度过高导致工件表面变性和刀具损坏。

尽可能在钛合金最软的状态加工,因为淬硬后材料变得更难加工,热处理提高了材料的强度。

使用大的刀尖圆弧半径或倒角切入,尽可能把更多的刀刃进入切削。这可以减少每一点的切削力和热量,防止局部破损。在铣削钛合金时,各切削参数中切削速度对刀具寿命vc的影响最大,径向吃刀量(铣削深度)ae次之。

3.航空中的应用

根据数据显示,钛合金紧固件在飞机上被广泛使用。

我国国产C919飞机每架约需钛合金紧固件20万件,要完成首批100架启动订单就需要2000万件钛合金紧固件。

按计划2018年年产150架大飞机计算的话,每年就需要3000万件钛合金紧固件。钛合金紧固件发展潜力巨大,市场发展前景十分看好。

近年来,我国航空航天事业的飞速发展,对航空紧固件的需求急剧增加。

此外,我国大飞机的制造已经取得很大的进步,虽然距2014年首飞还有一段时间,可在2010年年底的航展会上已经获得了100架的启动订单,要完成这些订单对钛合金紧固件的需求巨大,钛合金紧固件的市场前景十分看好。

为保证航空航天器具的连续安全飞行,对钛紧固件要求极高。尤其是商用飞机投入运营后要运行二三十年,并每天十几小时的连续不间断飞行,对紧固件的要求甚至高于航天用标准,钛合金紧固件可满足上述需求。

另外,钛合金紧固件可以大大减轻飞机的自身重量,不仅可以提高飞机性能,还能降低使用成本,Z主要的是可是降低油耗。

如此优良的性能必然在飞机制造中被广泛应用,当前困扰它发展的主要问题就是钛合金材料。

机械行业分析指出,我国是一个紧固件生产大国,产量连续多年居世界首位,但我国并不是一个紧固件生产强国。

我国产的紧固件多是低端、低附加值的产品,航空紧固件等高端固件的市场份额较低,产品种类、规格都十分有限,相关技术及生产还有待提高。

最近这几年的钛合金材料广泛运用,离不开创新驱动,离不开国家的宏大规划。

随着钛合金加工成本的不断下降,未来其在飞机结构中的应用会越来越广泛。

随着我国航空工业的迅速发展及对飞行器性能要求的不断提高,未来高性能航空紧固件对其制造钛合金材料提出了更高强度、更高断裂韧性、更高疲劳性能要求。