CN117140005A - 一种航空航天用钛合金螺栓制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细；第二，采用真空热处理对成型产品进行固溶和时效热处理；第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工；第四，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到300‑450℃，再通过搓丝板进行自动搓丝，对螺栓头下R进行强化加工；第五，对产品表面缺陷进行无损式探伤检查及表面处理，并对产品可靠性、稳定性进行验证。本发明加工高效、经济可行、成本降低、优质可靠，适合航空航天用钛合金螺栓制造的推广使用。
Description
技术领域
本发明属于螺栓制造技术领域，具体来说涉及一种航空航天用钛合金螺栓制造方法。
背景技术
为了满足航空紧固件严苛的性能要求，随着航空、航天事业的发展，特别是飞机性能的提高，对紧固件材料的要求也越来越高。为满足装备轻量化、高性能发展，钛合金逐渐成为飞机紧固件材料的首要选择，因为在同样的强度指标下，钛合金比钢的重量轻近40%，而且在各种气候条件下与碳纤维复合材料相匹配，具有较高的抗腐蚀稳定性、良好的弹性和无磁性，能有效防止连接件的松动和磁场干扰。因此，钛合金紧固件越来越多地应用于航空产品中，单架飞机使用量高达数十万件。
然而，为了满足高强度钛合金紧固件的性能要求，其制造工艺较复杂，涉及机械加工、金属塑性成型、无损检测、金属微观组织检测、金属热处理及表面处理等，制造流程普遍较长，且因各类紧固件制造企业加工能力的差异化，导致制造工艺及流程也存在较大的差异。以某沉头类钛合金螺栓的制造过程为例，现行较多的制造工艺及主要工序流程如图2所示，主要包括螺栓头部镦制成型、机械加工、螺纹成型、热表处理及产品性能试验等重要环节，其加工时间长、加工效率低、加工成本高，已经无法满足航空航天中紧固件加工的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种加工高效、经济可行、成本降低、优质可靠的航空航天用钛合金螺栓制造方法。
本发明目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：
第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细，使螺栓头部结构尺寸达到产品工艺要求，杆部满足螺栓光杆、螺纹滚压毛坯及螺纹收尾过渡区尺寸要求；
第二，采用真空热处理对第一步中成型的产品进行热处理强化，分别为：
（1）固溶热处理：将同一批产品进行整体加热至954±14℃，在此温度下保温1-2.2h，然后放入搅动的水中进行淬火；
（2）时效热处理：将产品加热至538±8℃，在此温度下保温4-8小时再进行空冷，提高产品强度，使其满足σb≥1100MPa、τ≥670MPa的力学性能指标要求；
第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工，保证螺栓光杆直径公差不超过0.02mm、滚丝径毛坯直径公差不超过0.01mm、沉头类产品沉头角度公差不超过30′、头下圆角R尺寸公差不超过0.1mm，然后采用车削辅助加工头部外圆及杆部尾部，确保满足产品尺寸要求；
第四，通过自动搓丝设备加工螺纹，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到300-450℃，再通过安装在设备上的搓丝板进行自动搓丝，达到产品螺纹尺寸要求，并针对不同规格的产品进行挤压力及转速调节，实现螺栓头下R进行强化加工；
第五，采用荧光检测法对产品表面缺陷进行无损式探伤检查，确保无影响产品性能的物理缺陷，再根据设计要求进行表面处理，通过性能试验对产品可靠性、稳定性进行验证，即完成产品的制造。
上述一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，其中：第一步中的钛合金原材料为表面含润滑层的盘圆丝材。
上述一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，其中：第四步中的螺栓头下R强化加工采用两轮式自动化冷挤压R。
上述一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，其中：第五步中的表面处理包括涂十六醇、涂二硫化钼、阳极氧化等。
上述一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，其中：第五步中的性能试验包括室温拉伸性能、抗剪切性能、抗疫劳性能及耐度蚀等性能试验。
本发明同现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的航空航天用钛合金螺栓制造方法中，采用连续温镦成型，实现头部镦制及杆部挤细成型，提高原材料利用率，降低原材料损耗及机械加工成本，节约原材料及加工成本可达4000元/万件以上；提出的先进的制造工艺多采用自动化加工技术，大大改善加工者劳动强度，且缩减了整体加工流程，加工效率提升40%以上；利用本发明制造的螺栓紧固件，螺栓滚丝径毛坯通过挤细获得，再通过全型面磨削实现螺栓杆部及滚丝径同步磨削加工，螺栓光杆与滚丝径的同轴度0.005mm，螺纹成型后，螺纹与光杆的同轴度精度可达0.02mm以内，提高螺栓的质量一致性及性能可靠性。总之，本发明加工高效、经济可行、成本降低、优质可靠，适合航空航天用钛合金螺栓制造的推广使用。
附图说明
图1为本发明的钛合金螺栓制造工艺及主要工序流程图；
图2为现有钛合金螺栓制造工艺及主要工序流程图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1，参见图1：
一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：
第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细，使螺栓头部结构尺寸达到产品工艺要求，杆部满足螺栓光杆、螺纹滚压毛坯及螺纹收尾过渡区尺寸要求；
第二，采用真空热处理对第一步中成型的产品进行热处理强化，分别为：
（1）固溶热处理：将同一批产品进行整体加热至940℃，在此温度下保温1h，然后放入搅动的水中进行淬火；
（2）时效热处理：将产品加热至530℃，在此温度下保温4小时再进行空冷，提高产品强度，使其满足σb≥1100MPa、τ≥670MPa的力学性能指标要求；
第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工，保证螺栓光杆直径公差不超过0.02mm、滚丝径毛坯直径公差不超过0.01mm、沉头类产品沉头角度公差不超过30′、头下圆角R尺寸公差不超过0.1mm，然后采用车削辅助加工头部外圆及杆部尾部，确保满足产品尺寸要求；
第四，通过自动搓丝设备加工螺纹，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到300℃，再通过安装在设备上的搓丝板进行自动搓丝，达到产品螺纹尺寸要求，并针对不同规格的产品进行挤压力及转速调节，实现螺栓头下R进行强化加工；
第五，采用荧光检测法对产品表面缺陷进行无损式探伤检查，确保无影响产品性能的物理缺陷，再根据设计要求进行表面处理，通过性能试验对产品可靠性、稳定性进行验证，即完成产品的制造。
第一步中的钛合金原材料为表面含润滑层的盘圆丝材。
第四步中的螺栓头下R强化加工采用两轮式自动化冷挤压R。
第五步中的表面处理包括涂十六醇、涂二硫化钼、阳极氧化等。
第五步中的性能试验包括室温拉伸性能、抗剪切性能、抗疫劳性能及耐度蚀等性能试验。
实施例2，参见图1：
一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：
第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细，使螺栓头部结构尺寸达到产品工艺要求，杆部满足螺栓光杆、螺纹滚压毛坯及螺纹收尾过渡区尺寸要求；
第二，采用真空热处理对第一步中成型的产品进行热处理强化，分别为：
（1）固溶热处理：将同一批产品进行整体加热至954℃，在此温度下保温1.6h，然后放入搅动的水中进行淬火；
（2）时效热处理：将产品加热至538℃，在此温度下保温6小时再进行空冷，提高产品强度，使其满足σb≥1100MPa、τ≥670MPa的力学性能指标要求；
第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工，保证螺栓光杆直径公差不超过0.02mm、滚丝径毛坯直径公差不超过0.01mm、沉头类产品沉头角度公差不超过30′、头下圆角R尺寸公差不超过0.1mm，然后采用车削辅助加工头部外圆及杆部尾部，确保满足产品尺寸要求；
第四，通过自动搓丝设备加工螺纹，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到375℃，再通过安装在设备上的搓丝板进行自动搓丝，达到产品螺纹尺寸要求，并针对不同规格的产品进行挤压力及转速调节，实现螺栓头下R进行强化加工；
第五，采用荧光检测法对产品表面缺陷进行无损式探伤检查，确保无影响产品性能的物理缺陷，再根据设计要求进行表面处理，通过性能试验对产品可靠性、稳定性进行验证，即完成产品的制造。
第一步中的钛合金原材料为表面含润滑层的盘圆丝材。
第四步中的螺栓头下R强化加工采用两轮式自动化冷挤压R。
第五步中的表面处理包括涂十六醇、涂二硫化钼、阳极氧化等。
第五步中的性能试验包括室温拉伸性能、抗剪切性能、抗疫劳性能及耐度蚀等性能试验。
实施例3，参见图1：
一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：
第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细，使螺栓头部结构尺寸达到产品工艺要求，杆部满足螺栓光杆、螺纹滚压毛坯及螺纹收尾过渡区尺寸要求；
第二，采用真空热处理对第一步中成型的产品进行热处理强化，分别为：
（1）固溶热处理：将同一批产品进行整体加热至968℃，在此温度下保温2.2h，然后放入搅动的水中进行淬火；
（2）时效热处理：将产品加热至546℃，在此温度下保温8小时再进行空冷，提高产品强度，使其满足σb≥1100MPa、τ≥670MPa的力学性能指标要求；
第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工，保证螺栓光杆直径公差不超过0.02mm、滚丝径毛坯直径公差不超过0.01mm、沉头类产品沉头角度公差不超过30′、头下圆角R尺寸公差不超过0.1mm，然后采用车削辅助加工头部外圆及杆部尾部，确保满足产品尺寸要求；
第四，通过自动搓丝设备加工螺纹，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到450℃，再通过安装在设备上的搓丝板进行自动搓丝，达到产品螺纹尺寸要求，并针对不同规格的产品进行挤压力及转速调节，实现螺栓头下R进行强化加工；
第五，采用荧光检测法对产品表面缺陷进行无损式探伤检查，确保无影响产品性能的物理缺陷，再根据设计要求进行表面处理，通过性能试验对产品可靠性、稳定性进行验证，即完成产品的制造。
第一步中的钛合金原材料为表面含润滑层的盘圆丝材。
第四步中的螺栓头下R强化加工采用两轮式自动化冷挤压R。
第五步中的表面处理包括涂十六醇、涂二硫化钼、阳极氧化等。
第五步中的性能试验包括室温拉伸性能、抗剪切性能、抗疫劳性能及耐度蚀等性能试验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种航空航天用钛合金螺栓制造方法，包括以下操作步骤：
第一，采用自动温镦成型设备对钛合金原材料进行连续温镦多工位加工成型，实现螺栓头部镦制和杆部挤细，使螺栓头部结构尺寸达到产品工艺要求，杆部满足螺栓光杆、螺纹滚压毛坯及螺纹收尾过渡区尺寸要求；
第二，采用真空热处理对第一步中成型的产品进行热处理强化，分别为：
（1）固溶热处理：将同一批产品进行整体加热至954±14℃，在此温度下保温1-2.2h，然后放入搅动的水中进行淬火；
（2）时效热处理：将产品加热至538±8℃，在此温度下保温4-8小时再进行空冷，提高产品强度，使其满足σb≥1100MPa、τ≥670MPa的力学性能指标要求；
第三，通过全型面磨削对螺栓头部沉头型面、头下R、光杆、螺栓收尾过渡区及滚丝径毛坯进行整体加工，保证螺栓光杆直径公差不超过0.02mm、滚丝径毛坯直径公差不超过0.01mm、沉头类产品沉头角度公差不超过30′、头下圆角R尺寸公差不超过0.1mm，然后采用车削辅助加工头部外圆及杆部尾部，确保满足产品尺寸要求；
第四，通过自动搓丝设备加工螺纹，采用电磁感应加热设备将产品的滚丝坯径部位加热到300-450℃，再通过安装在设备上的搓丝板进行自动搓丝，达到产品螺纹尺寸要求，并针对不同规格的产品进行挤压力及转速调节，实现螺栓头下R进行强化加工；
第五，采用荧光检测法对产品表面缺陷进行无损式探伤检查，确保无影响产品性能的物理缺陷，再根据设计要求进行表面处理，通过性能试验对产品可靠性、稳定性进行验证，即完成产品的制造。
2.如权利要求1所述的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法中，其特征在于：第一步中的钛合金原材料为表面含润滑层的盘圆丝材。
3.如权利要求1所述的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法中，其特征在于：第四步中的螺栓头下R强化加工采用两轮式自动化冷挤压R。
4.如权利要求1所述的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法中，其特征在于：第五步中的表面处理包括涂十六醇、涂二硫化钼、阳极氧化等。
5.如权利要求1所述的一种航空航天用钛合金螺栓制造方法中，其特征在于：第五步中的性能试验包括室温拉伸性能、抗剪切性能、抗疫劳性能及耐度蚀等性能试验。
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