科技成果——轻型紧固系统

科技成果——轻型紧固系统

技术开发单位

中国航天科技集团公司东方蓝天钛金科技有限公司

技术简介

紧固件作为使用量巨大的产品，国内外对高端紧固件对新型轻型紧固系统的需求迫切，特别是在航空航天领域显得更为迫切。此类紧固系统与其他传统紧固系统相比：材料多选用钛合金等轻型合金、结构较为复杂、安装简单可靠。

目前国内外常用的轻型紧固件系统的特点主要如下：

1、具有较短的螺纹收尾（≤1.5P），与之配套的高锁螺母的高度随之降低，安装后的重量大大降低；

2、尾部内六方结构，尾部带内六方孔可以实现单面拧紧操作，提高了装配效率，同时减轻了螺栓重量。

技术开发单位为了满足航空航天型号对轻型紧固系统的迫切需求，开展了新型轻型紧固件系统的研制工作。该轻型紧固系统技术以选用轻型高强度材料为基础，在产品结构上采用双面安装单面紧固技术、短螺纹收尾、头部强化等技术，可生产出轻型、快速安装的紧固系统。

（1）采用热镦头部成形、滚压螺纹成形、精密车削/磨削、热处理等工艺方法，实现产品的精密加工成形，并采用热镦头部成形技术、内六方槽冲压成形技术等紧固件设计与加工先进技术，使紧固件产品性能满足指标要求。

（2）采用短螺纹收尾技术，降低螺栓及与之配套的螺母的长度，满足减重需求。预计单个螺栓可以减少1-1.5倍螺距的长度，以单架飞机螺栓紧固件用量20万件计算，通过此结构优化即可减重几十公斤。在同种安装工况时，比相同的普通紧固系统减重15%以上，安装效率提高30%以上，安装质量安全可靠，同时可以达到自锁和不可拆卸的目的。同时考虑国内现状，螺栓可以单独配合其他螺母使用，同样可以达到减重10%以上的效果。

（3）通过新型安装底孔的设计，可获得较高的扳拧力矩，满足安装需求，且可防止安装工具断裂失效时需重新安装等问题。

（4）通过对螺栓及配套螺母进行结构与性能设计，采用专用安装工具进行安装，达到固定安装力矩时高锁螺母从断径槽处断裂，达到定力矩安装的目的。并且，通过高锁螺栓等紧固件质量可靠性与批产稳定性验证，解决产品的快速、精密安装问题。

技术指标

（1）螺栓：螺纹收尾≤1.2P；抗拉强度≥1100MPa，抗剪强度≥655MPa；拉拉疲劳强度不低于65000次（高载为极限抗拉强度的30%）；比相同规格螺栓减重10%以上；

（2）螺母：主要是由两部分组成，一个是工艺部分（扳拧结构），另一个是工作部分，两部份靠短颈槽连接；通过扳拧结构实现螺母的安装，当施加到一定的力矩（可根据需要通过螺母断颈槽尺寸设计确定）时，断颈槽结构发生断裂，工艺部分被拧断，同时完成装配。

技术特点

该产品设计已达到国际先进水平，轻型紧固系统的总减重达到15%以上，在同样紧固件效果的情况下，比国外进口产品减重效果（国外普遍在10%以下）明显，同时可提供更高的扭矩，可以安装更高强度的螺母。螺栓的螺纹收尾可以达到≤1P。螺母满足所有的标准数据的情况下，拧断力矩的波动范围控制在10%以内。

此外新型扳拧底孔的设计，可使安装工具断裂失效时直接将工具取出，重新安装螺母并紧固即可。而国外同类产品需将螺栓整体取出，重新打孔并安装，破坏结构的同时，需备有加大紧固件，使产品一致性及可靠性降低。

技术水平国际先进

可应用领域和范围航空、航天、船舶、石油化工、汽车等

专利状态已取得专利3项

技术状态小批量生产、工程应用阶段

合作方式合作开发、融资

投入需求25000万元

转化周期2年

预期效益

国际上类似产品在波音空客飞机上刚开始使用，尚未形成大批量应用。在国内该产品已经通过某型号总装设计单位评审。随着产品验证的开展，该紧固件系统可以取代现用的高锁螺栓紧固件系统。现在单通道飞机（B737\A320\C919等系列），单机高锁螺栓的使用就达到20余万套，价值上千万，宽体客机（B787\B777\A350\330等）的使

用量在60万余套。投产后达产400万件，价值20余亿元。

该轻型紧固系统可实现自主知识产权，实现同类产品的国产化替代进口，从而提高我国航空航天等高精尖领域紧固件产品的国际市场竞争力，具有深远且巨大的社会效益。通过结构优化可以进一步实现航空航天器材的减重要求，降低飞行器油耗，起到节能减排的作用，具有良好的环境效益。