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飛翔的180萬個螺絲螺母——我國航天緊固件發展分析

緊固件是指將兩個或兩個以上零件(或構件)緊固連接成為一件整體時所采用的一類機械零件的總稱。在各行各業應用較為廣泛,被稱為“工業之米”,包括電子、電器、機械、化工、模具等行業都有用到。

航空航天緊固件一般應用在飛機、衛星、火箭等航空航天飛行器上,是一種典型的高端緊固件,高空飛行,安全是第一位,因此飛機上使用的緊固件一般采用特殊的材料,有特殊性能,經過嚴密的檢測,才能保證飛行的安全。

一架現代飛機所用的緊固件的總重量可占飛機總重的5%-6%,一架中型飛機上的各類緊固件可達到200-300萬個。而且這些螺絲、螺母必須經得住極端的溫差、高循環附載以及重復的振動和壓力,所使用的材料包括高強度鋼、合金鋼、鈦、超合金等。

全球航空航天緊固件發展現狀

從世界緊固件的市場上看,全球對航空緊固件的需求主要集中在北美、歐洲、亞洲三大市場,美國和歐洲未來仍將是航空航天業主要的兩大市場,美國是最大的航空緊固件集散地和使用國。

亞太地區在亞洲市場強勁發展的推動下,其航空航天業的發展潛力巨大,近年來保持著較高的增速。亞太地區的發展以及中國市場的崛起將推進中國利用其低成本和原材料等優勢成為最大的高端工業緊固件凈出口國家。

隨著航天技術的發展,從緊固件的需求上看,技術強硬、高性能的特殊航空航天緊固件、特殊用途緊固件以及標準緊固件在未來幾年將出現蓬勃的發展。上述緊固件在非軍事和納米航空航天等新興市場的應用也將出現增長,此外,飛機制造業的快速發展和軍事支出的提升亦將進一步促進航空航天緊固件市場的發展。

中國航空航天緊固件現狀

緊固件從開始到現在共經歷了5代,總體趨勢是結構向輕小型、組合化發展,性能向高強度、高可靠性革新。緊固件發展階段如下圖所示:

當前,我國眾多企業生產的緊固件處于第一代通用緊固件水平,只要解決連接問題,材料主要以碳素結構鋼為主,強度低,結構大。而應用于汽車、核電、船舶等領域的高端緊固件處于第二代和第三代,材料科技含量高,強度、抗疲勞大大增強。應用于航空航天等領域的高端緊固件基本全部達到第三代水平,正逐步往第四代和第五代過渡。

目前我國的航天事業起步較晚,與國外先進水平相差還很大,尤其是航空領域,民航與軍用飛機相當于美國上個世紀80年代左右的水平。各廠家之間的工藝制造水平、技術狀態管理水平、檢測試驗能力參差不齊,沒有形成一個集研究與制造相結合的專業化生產基地,不利于開展航空緊固件的技術研究和發展。

因此,加速改造現有設備,合理重組機構,引進必要的國際上先進制造技術及設備并直接采用國際技術標準和檢驗標準,可使我國的航空標準件達到世界先進水平。我國國內航空航天配套高端緊固件的市場規模預計穩中有升,到2021年,市場規模預計可達到222.6億元。

2012-2021中國國內航空航天配套高端緊固件的市場規模(億元)

航空航天緊固件應用領域

航空航天緊固件種類繁多,有多種分類,但一般按產品種類進行分類較為普遍。目前主要分為鉚釘類、螺栓(螺釘)類、螺母類、單面緊固件類、特種緊固件類、管路件連接件等產品類型,每一大類包括多種品種、規格,滿足不同材料、結構內安裝需要。

相對于緊固件大家族來說,航空發動機上使用的緊固件種類比較集中,但由于其工作環境的限制,此類緊固件特別是熱端緊固件的使用性能要求較高。

航空航天緊固件市場在商用機、區間客機、通用航空、直升機以及軍用機的前景相當好,在各種機型中,商用機有望在未來期間仍然占市場較高比例,比起其他的機種,商用機使用緊固件的數量也是最多。

航空航天緊固件應用領域及主要用途

航空航天緊固件市場進入壁壘

航空航天緊固件行業對技術和資金的要求較高,該類行業的技術壟斷性高,企業必須通過持續研發來提高生產效率、提高產品質量、滿足不同客戶對產品的個性化的需求。在長期的生產實踐中積累起豐富生產經驗,并擁有成熟技術和可靠生產流程的企業才能長期保持優勢地位。

航空航天緊固件行業對技術的要求較高,也意味著行業內企業需要投入大量資金來進行技術研發,加上航空航天緊固件行業的生產設備價格高昂,因此航空航天緊固件行業的資金壁壘較高。

在國內航空緊固件復雜的分布大環境下,集中優勢資源,快速適應智能化制造、制造服務化、綠色制造等發展趨勢,開展智能制造技術研究,打造一個航空緊固件專業化“智能制造研發基地”,將會為航空發動機技術的整體發展起到積極助推作用。

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