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钛合金六角头螺栓的头部成形原理和变形特点

2021-07-22 09:40:54

当今航空市场急速发展,对紧固件的需求日益增加。钛合金紧固件由于强度高、质量轻、与复合材料电位匹配和防腐等性能,在国内外飞机上得到了大量应用。特别是Ti-6Al-4V紧固件,是当今最重要的航空紧固件。

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紧固件的头部形状多样,有六角头、十二角头、花键头、盘头、以及沉头等头形,这些头部形状通常都采用镦制成形。钛加工件厂家即根据金属塑性变形原理,利用专用模具镦制毛坯材料来实现紧固件的成形。其主要优点是:(1)金属的晶粒流线不被破坏,有利于保持金属的金相组织,提高紧固件的各项强度,特别是提高紧固件抗动载荷的能力。(2)由于此方法成形使用专用模具,为此成形件的形状、尺寸公差以及性能等一致性好,产品质量稳定。(3)能够成形形状复杂,很难用常规的机械加工工艺加工的形状。(4)材料利用率高。(5)生产效率高,加工成本低。

根据成形温度的不同,镦制成形分为冷成形和热成形两大类,冷成形是在常温下即可实现的成形,要求材料在常温下必须具有足够的塑性。热成形则需要将材料加热到一定温度,如航空航天紧固件用TC4材料,常温下塑性很差,只能采用热镦技术。尽管紧固件相关标准中明文规定:螺栓的头部不能采用切削加工成形。但实际生产中,除非一些形状复杂的头形,无法采用切削成形的,只能镦制成型。大多数紧固件生产厂家仍采用自由镦锻和切削加工相结合的方式进行紧固件的头部加工。为此,头部模具镦制成型作为紧固件加工的首道工序,对其研究显得尤为重要。

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