ISO 238862021 航空航天.自锁螺纹轴环.扭矩和预紧力的试验方法标准立项发展报告

航空航天自锁螺纹轴环扭矩和预紧力的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Aerospace—Collar,threaded,self-locking—Testmethodfortorqueandpreload摘要关键词：航空航天；自锁螺纹轴环；扭矩；预紧力；试验方法；国际标准；紧固件AbstractTheaerospaceindustryimposesextremelystringentrequirementsonthesafetyandreliabilityoffasteningconnections.Asacriticalconnectingcomponent,theconsistencyoftorqueandpreloadofself-lockingthreadedcollarsisdirectlyrelatedtothestructuralintegrityandfatiguelifeofaircraft.However,foralongtime,thelackofunifiedinternationaltestmethodstandardsinthisfieldhasledtoinsufficientdatacomparabilityamongmanufacturersandtestinginstitutions.Thispapersystematicallyelaboratesonthebackground,developmentprocess,coretechnology,andcontentframeworkoftheISO23886:2021standard,analyzesthekeytechnicalelementsconcerningtestconditions,loadingprocedures,dataacquisition,andresultevaluation,andclarifiesitsleadingroleintheaerospacefastenerindustrychain.Thepublicationofthisstandardfillsthegapininternationalstandardizationinthefieldoftorque-preloadrelationshiptestingforself-lockingthreadedcollars,providingaunifiedtechnicalbasisfortheglobalaerospacemanufacturingindustryandbearingfar-reachingsignificanceforimprovingfasteningconnectionqualityandpromotinginternationaltradeandtechnicalexchanges.Inthefuture,withthedeepintegrationofdigitaltestingandintelligentmanufacturingtechnologies,thisstandardwillgraduallyevolvetowardintelligentandonlinedetection,continuingtoleadhigh-qualityindustrydevelopment.Keywords:Aerospace;Self-lockingthreadedcollar;Torque;Preload;Testmethod;Internationalstandard;Fastener一、引言航空航天工业是衡量一个国家科技水平与工业制造能力的重要标志，其产品的安全性、可靠性和长寿命要求对每一个零部件都提出了远超一般工业领域的技术标准。在飞行器结构中，紧固连接系统承担着传递载荷、维持结构完整性的关键任务，据统计，一架大型商用飞机使用的紧固件数量可达数百万件，其中任何一件的失效都可能导致灾难性后果。自锁螺纹轴环作为一种具备防松功能的螺纹紧固件，因其优越的抗振动松动性能和可重复使用特性，被广泛应用于航空航天飞行器结构中承受交变载荷和振动的关键连接部位。其工作原理是通过螺纹副的摩擦力矩或尼龙嵌件等锁紧机构在螺纹副间产生附加摩擦力矩，从而在振动环境下有效防止紧固件松动。然而，自锁螺纹轴环的紧固特性——扭矩与预紧力之间的对应关系——受到螺纹几何参数、表面处理状态、润滑条件、材料性能及锁紧机构特性等多重因素的耦合影响，其离散性远大于普通紧固件。在此背景下，如何准确、可重复地测定自锁螺纹轴环的扭矩-预紧力关系，成为航空航天设计、制造与维护环节面临的共性技术难题。不同制造商采用的试验方法各异，试验数据缺乏互认基础，严重制约了国际间的技术交流与贸易合作。因此，制定一项统一的国际标准试验方法，成为全球航空航天产业界的迫切需求。二、标准立项背景与意义（一）行业发展现状与技术需求随着全球航空航天市场的持续扩张及民用客机交付量的稳步攀升，航空紧固件的需求量呈现逐年增长态势。据统计，全球航空航天紧固件市场规模在近年来已突破百亿美元级别，其中高端自锁紧固件占比持续提升，年均复合增长率保持在5%以上。与此同时，新型复合材料结构的大规模应用、发动机推重比的不断提高以及飞行器服役寿命的延长，对紧固连接系统的疲劳性能、密封性能和长期可靠性提出了更高要求。在此技术背景下，自锁螺纹轴环的扭矩—预紧力控制精度直接影响结构连接质量。预紧力过大可能导致被连接件压溃或螺栓拉伸超出弹性极限，预紧力不足则可能在交变载荷下引发连接松动甚至疲劳断裂。然而，在实际工程应用中，扭矩系数K的离散性可高达±30%以上，单纯依靠扭矩控制难以保证预紧力的一致性。因此，建立标准化的试验方法，系统评估不同批次、不同表面处理状态及不同锁紧结构下的扭矩—预紧力关系，对于连接设计和装配工艺优化具有不可替代的工程价值。（二）国际标准化需求与立项过程在ISO23886:2021发布之前，自锁螺纹轴环扭矩与预紧力试验方法缺乏统一的国际标准。各国航空工业体系（如美国航空航天工业协会的NAS标准、欧洲航空航天防务集团的AS标准以及各航空制造商的企业标准）各自制定了不尽相同的试验规程，导致同一产品在不同标准体系下获得的测试结果存在显著差异。这种标准碎片化现象不仅增加了跨国供应链的合规成本，也为产品质量争议埋下了隐患。在此背景下，国际标准化组织航空航天器标准化技术委员会（ISO/TC20）于2018年正式启动该标准的立项论证工作。经过多轮成员国投票和专家审查，ISO23886:2021于2021年7月21日正式发布，标准类别为"其他紧固件"，采用英语版本发行。该标准的制定汇集了全球主要航空制造企业、紧固件生产商、独立试验机构和各国标准化机构的技术专家，体现了国际产业界在该领域的技术共识。（三）标准制定的战略意义ISO23886:2021的发布具有多重战略意义。首先，它为全球自锁螺纹轴环的扭矩-预紧力测试提供了统一的技术语言和试验准则，消除了因试验方法差异带来的贸易壁垒，促进了航空航天紧固件在全球供应链中的自由流通。其次，该标准为产品的设计验证、质量验收和适航审定提供了权威的技术依据，有助于提升产品质量的一致性和可追溯性。再次，该标准的制定也为后续自锁紧固件系列国际标准的制定奠定了方法学基础，推动了整个标准体系的完善与协同发展。三、标准主要内容解析（一）标准适用范围与定位ISO23886:2021规定了自锁螺纹轴环在受控条件下测定扭矩与预紧力关系的试验方法，适用于航空航天领域使用的具有自锁功能的螺纹轴环，涵盖不同材料、不同表面处理和不同规格系列的产品。标准明确定位于试验方法类标准，不涉及产品的设计准则和验收指标，而是为各类用户提供一套可重复、可比较的测试程序。该标准的适用性考量了航空航天紧固件产品的多样性和复杂性。对于不同螺纹规格（如公制MJ螺纹和英制UNJ螺纹）、不同头部形式（六角、十二角等）、不同锁紧类型（全金属锁紧、尼龙嵌件锁紧等）的产品，标准提供了统一的试验原则和适配性指导，确保其在广泛的产品范围内具有适用性和可操作性。（二）试验原理与关键技术要素标准的试验原理基于螺纹连接副的扭矩分配理论。在拧紧过程中，施加于轴环上的总扭矩T由三部分构成：螺纹副间的摩擦扭矩T_th、轴环承压面与被连接件之间的摩擦扭矩T_b以及克服锁紧机构产生的附加摩擦扭矩T_l。在弹性范围内，预紧力F与总扭矩T之间的关系可表示为T=K·F·d，其中K为扭矩系数，d为螺纹公称直径。标准对试验装置提出了明确要求，包括：试验机应具备连续可调的拧紧速度和精确的扭矩、转角测量功能，测量精度应满足规定要求；试验夹具应能够模拟实际安装条件，确保载荷施加的同轴度和垂直度；预紧力测量装置（如载荷传感器）应具有足够的量程和精度，且其刚度应与被连接系统的刚度相匹配，以避免测量系统自身的变形影响试验结果。试验程序涵盖了试样的准备、安装、加载、数据采集和结果处理等全部环节。其中，试验转速的选择、润滑条件的控制、拧紧暂停点的设定以及重复试验次数的规定等细节均经过充分验证和审慎考量，以保证试验结果的重复性和再现性。标准规定，对于同一批次的试样，应至少进行规定次数的有效试验，并报告扭矩-预紧力曲线、目标预紧力对应的扭矩值、扭矩系数K的统计特征值等关键结果。（三）标准的创新性与技术特点ISO23886:2021相对于各企业标准或行业标准具有若干显著的技术特点与创新性。首先，该标准引入了系统的试验条件控制体系，对温度、湿度、试验速度、润滑状态等可能影响测量结果的因素作出了明确规定，从源头上降低了试验条件差异带来的不确定度。其次，标准采用了统一的扭矩-预紧力数据采集与处理方法，规定了特征值的计算方式与试验报告的内容格式，增强了试验数据的可比性和可追溯性。此外，标准充分考虑了航空航天行业高可靠性的应用需求，对异常数据的剔除规则、有效试验次数的确定、测量不确定度的评定等统计学要素进行了规范，为使用方在质量判定和可靠性评估中合理利用试验数据提供了方法基础。标准还提供了与现有各主要企业标准和行业标准的技术对照关系，便于各方在新标准实施过程中实现平稳过渡。四、主要参与单位介绍ISO23886:2021标准由国际标准化组织航空航天器标准化技术委员会（ISO/TC20）下设的紧固件分技术委员会（SC4）归口管理。在标准制定过程中，来自全球多个国家的技术专家和企业代表深度参与，其中法国航空航天工业协会（GIFAS）及其下属的紧固件技术委员会发挥了重要的牵头和组织作用。法国航空航天工业协会（GroupementdesIndustriesFrançaisesAéronautiquesetSpatiales,GIFAS）成立于1908年，是法国航空航天工业的行业组织，总部位于巴黎，现有会员单位超过500家，涵盖大型系统集成商、设备供应商、材料供应商及专业检测机构等全产业链企业，其中包括空客公司、赛峰集团、达索航空、泰雷兹集团等世界知名航空航天企业。GIFAS下属的标准化委员会深度参与ISO/TC20/SC4的各项工作，在紧固件相关国际标准的制修订中具有深厚的技术积累和丰富的实践经验。在ISO23886的制定过程中，GIFAS组织法国国内相关企业开展了大量的验证性试验，贡献了宝贵的试验数据和工程经验。法国方面提出的关于自锁力矩测定方法、锁紧特性的温度依赖性分析及试验数据统计处理方法等技术提案，为标准的最终形成提供了重要的技术支撑。此外，来自美国航空航天工业协会（AIA）、欧洲航空航天防务集团（ASD）、中国航空综合技术研究所、英国航空航天制造商协会（SBAC）、日本航空航天工业协会（SJAC）等机构的专家也积极参与了标准的讨论和审查工作，充分体现了该标准的国际广泛性和技术权威性。五、标准的实施与应用前景（一）对产业的技术引领作用ISO23886:2021的实施将深刻影响航空航天自锁螺纹轴环的设计、制造与验收全流程。在设计端，标准提供的统一试验方法使不同材料和不同表面处理状态下自锁螺纹轴环的扭矩-预紧力特性具备了横向对比的技术基础，设计人员可在选型和参数确定过程中充分利用标准化的试验数据，提升连接设计的科学性和可靠性。在制造端，标准为生产工艺的稳定性评价提供了量化工具，制造商可通过系统性试验监控扭矩系数的批次一致性，进而实现工艺参数的精准控制和持续优化。在质量控制端，ISO23886:2021为供需双方在产品验收和适航认证中提供了共同遵循的试验准则。标准规定的试验方法和数据报告格式使得不同实验室之间的测试结果具备了互认基础，有助于缩短产品认证周期、降低重复测试成本。（二）对国际贸易与技术交流的促进标准的统一是国际贸易便利化的重要技术基础。ISO23886:2021发布后，各国航空制造企业和紧固件供应商在跨境贸易中可以采用统一的试验方法来验证产品性能，消除了因测试方法差异导致的重复测试和结果争议。同时，该标准也为第三方检测机构提供了国际认可的测试依据，促进了检测服务市场的规范化发展。此外，我国正在加快构建国际一流的航空航天产业体系，在C919大型客机、ARJ21支线客机、长征系列运载火箭等重大工程中，自锁紧固件的国产化需求日益迫切。ISO23886:2021作为国际通行的试验方法标准，为国家重点型号的紧固件选型验证和国产化替代提供了重要的方法支撑，有助于我国航空航天紧固件产业与国际标准体系全面接轨。（三）未来发展趋势与标准更新展望随着航空航天技术的快速发展和数字化检测技术的日臻成熟，ISO23886:2021在未来将持续演化和完善。一方面，增材制造等新型工艺在航空航天紧固件领域的应用日益广泛，其微观组织和表面特性的特殊性对现有试验方