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高锁螺栓疲劳失效问题分析

2018-09-04 融融网融融

        问题描述:

        在对××型号使用的钛合金高锁螺栓(HB 6510)进行疲劳寿命试验中,发现两个生产厂家的产品连续多批次出现疲劳试验不合格现象,影响了装机使用。

 

        原因分析:

        分析两个生产厂家不合格产品的破坏形式,发现不合格产品样件的破坏形式多为头部破坏。


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不合格样件破坏位置


        试验螺栓出现头部断裂时,影响螺栓疲劳寿命的因素包括:

        a)  螺栓头部尺寸及加工质量。

        b)  头下圆角尺寸及强化质量

        c)  试验夹具尺寸

 

        按图1,对试验夹具尺寸进行检测,测得试验夹具尺寸符合规范要求,排除了因为试验夹具不符合规范导致的试验误判可能。


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图1


        对样件螺栓头部尺寸和加工质量进行检测,××××厂螺栓产品头部尺寸无问题,头部沉头面有车削加工痕迹,据生产厂家确认,在热处理后发现头部有污染层,用车削加工去除污染层。×××所头部尺寸控制较差,据生产厂家确认为镦制模具尺寸因素。

 

        对样件螺栓头下圆角尺寸和强化质量进行检测,××××厂螺栓产品头部沉头面有车削加工痕迹,见图2,据生产厂家确认,在热处理后发现头部有污染层,用车削加工去除污染层。×××所圆角滚压力过大,造成凸起量和凹陷量过大,滚压圆角位置不合适,部分试验件圆角滚压到沉头斜面上,见图3


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图2


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图3



        综合以上数据分析,××××厂失效原因:

        a) 热处理时造成螺栓毛坯头部污染,

        b) 头部车削加工造成螺栓头部流线破坏,

        c) 杆部磨削加工时造成根切,

        d) 圆角滚压强化位置不正确及滚压力控制不一致。

 

        ×××所失效原因:

        a) 镦制模具尺寸因素,

        b) 热处理后镦制毛坯尺寸变化滚压强化力过大,

        c) 圆角滚压强化位置不合适。

 

        解决措施:

        将试验结果和结论反馈给生产厂家后,××××厂采取以下改进措施:

        a) 控制热处理污染,

        b) 控制磨削加工,

        c) 对头下圆角滚压强化质量。

        ×××所采取以下改进措施:

        a) 修正镦制模具角度,

        b) 改变热处理角度,

        vc) 改变滚压力角度,

        d) 头下圆角滚压强化质量。

        按照以上解决措施,经过工艺改进后,厂家送试的高锁螺栓疲劳试验基本达到要求,目前满足××型号装机要求

 

        效果意义:

        通本试验的研究,得出如下结论:

        高锁螺栓头部尺寸与加工质量与疲劳寿命有着密切关系,在加工时应严加控制,而在热处理后零件角度会变小。圆角强化后沉头角度略有变小,滚压毛坯角度应稍大于标准值。

        钛合金紧固件具有重量轻,比强度高、耐腐蚀、疲劳性能好等综合性能,能够满足现代飞机在减重、耐腐蚀及疲劳性能等方面的要求,因此得到广泛的应用。在钛合金高锁螺栓设计中,基于轻量化的要求,螺栓头部的高度设计的很小,因此,在满足强度要求的前提下,疲劳寿命是考核钛合金紧固件综合性能重要的指标。对钛合金高锁螺栓疲劳失效的分析反馈,厂家改进了工艺,有效提高了产品合格率。


合格率 疲劳寿命
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