ISO 238872021 航空航天.自锁螺纹型盲紧固件.锁紧扭矩的试验方法标准立项发展报告

航空航天自锁螺纹型盲紧固件锁紧扭矩的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Aerospace—BlindFasteners,ThreadedType,Self-locking—TestMethodforLockingTorque摘要紧固件作为航空航天工业的基础性关键元件，其质量与可靠性直接关系到飞行器的结构完整性与飞行安全。其中，自锁螺纹型盲紧固件因其可在单侧操作的独特优势，广泛用于飞机机身蒙皮、翼盒结构、舱门及内部系统等狭小空间或封闭区域的结构连接，是保障现代航空器结构安全的关键连接件之一。该类紧固件的自锁性能，即锁紧扭矩，是衡量其在振动、疲劳及温度交变等复杂服役条件下保持连接稳定的核心指标。然而，长期以来全球范围内缺乏统一、规范的锁紧扭矩试验方法标准，导致不同制造商和检测机构之间的测试结果缺乏可比性，严重制约了产品的国际互认与质量管控。为有效解决上述问题，国际标准化组织（ISO）发布了ISO23887:2021《航空航天—自锁螺纹型盲紧固件—锁紧扭矩的试验方法》，该标准系统规定了适用于螺纹型自锁盲紧固件的锁紧扭矩测试原理、试验装置要求、试样制备方法、测试程序以及数据处理准则，为全球航空航天领域提供了统一的试验方法依据。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业应用价值，并结合当前国际标准化发展趋势，对该标准的实施应用与未来修订方向进行了展望。报告指出，ISO23887:2021的发布填补了国际标准化组织在自锁螺纹型盲紧固件锁紧扭矩试验方法领域的标准空白，对于提升全球航空航天紧固件产品质量的一致性、促进国际贸易和技术交流、支撑飞行器结构安全设计具有重要的基础性支撑作用。关键词：航空航天；自锁螺纹型盲紧固件；锁紧扭矩；试验方法；国际标准；紧固件标准化；质量检测KeywordsAerospace;Blindfasteners,threadedtype,self-locking;Lockingtorque;Testmethod;Internationalstandard;Fastenerstandardization;Qualityinspection1引言1.1标准立项背景航空航天工业是对安全性要求最为严苛的领域之一，每一颗紧固件的失效都可能引发灾难性后果。据统计，一架大型商用飞机所使用的高端紧固件数量可达数百万件，涵盖结构连接、系统安装、舱内装饰等各类应用场景。其中，盲紧固件（BlindFastener）因其能够在仅可触及单侧的条件下完成安装紧固的特性，在航空航天结构装配中发挥着不可替代的作用——从机身蒙皮的对接连接到翼盒内部结构件的固定，从舱门机构的铰链安装到发动机短舱内衬的连接，盲紧固件几乎遍布飞行器的每一个角落。自锁螺纹型盲紧固件是盲紧固件家族中的重要分支。与传统盲紧固件依靠铆接变形实现锁紧不同，螺纹型盲紧固件通过螺纹副的旋合实现连接，并借助内置锁紧结构（如非圆形锁紧段、尼龙嵌件或全金属自锁结构）提供额外的锁紧扭矩，以防止紧固件在振动、冲击及温度变化等服役条件下发生松动。锁紧扭矩（LockingTorque）是表征该自锁能力的关键性能参数，直接决定了紧固件在动态载荷环境下的防松可靠性。然而，在ISO23887:2021发布之前，全球范围内尚无专门针对自锁螺纹型盲紧固件锁紧扭矩试验方法的国际标准。各国航空航天制造商和紧固件供应商主要参考本国军用标准（如美军标NASM8846、MIL-DTL-18240）或企业内部试验规范进行测试，导致不同机构采用的试验装置结构、加载速率、夹持方式、判定准则等关键试验条件存在显著差异。这种标准缺失的状况带来了一系列问题：一是不同实验室获得的锁紧扭矩数据缺乏可比性，设计人员难以跨供应商比较产品性能；二是国际贸易中因试验方法不一致引发的质量争议时有发生；三是新型自锁螺纹型盲紧固件产品的研发验证缺乏统一的评价标尺，客观上延缓了新材料、新结构的工程化应用进程。在此背景下，国际标准化组织航空航天器与航天器分技术委员会（ISO/TC20/SC4）在充分调研行业需求的基础上，提出制定统一的锁紧扭矩试验方法国际标准，旨在为全球航空航天工业提供一个科学、统一、可重复的测试方法平台。1.2标准制定必要性分析制定ISO23887:2021的必要性可从技术、经济与安全三个维度加以阐述。技术维度：自锁螺纹型盲紧固件的锁紧扭矩测试涉及多个技术参数的系统控制，包括夹持方式（螺纹段夹持或光杆段夹持）、加载速率（角速率或线速率）、测试环境（室温或高温）以及判别准则（最大扭矩或残余扭矩）等。各参数的变化都会显著影响测试结果，缺乏统一标准使得不同来源的数据无法互认，也无法建立可靠的数据库用于结构设计和疲劳分析。经济维度：航空航天紧固件属于高附加值产品，其全球市场规模持续增长。据统计，2022年全球航空航天紧固件市场规模约为82亿美元，预计到2030年将突破120亿美元。标准缺失导致产品需经过多重重复测试方可获得不同客户的认可，显著增加了供应商的检测成本和时间成本，同时也为贸易技术壁垒的形成提供了空间。安全维度：锁紧扭矩作为衡量自锁紧固件防松能力的关键参数，其测试方法的科学性直接关系到产品筛选的有效性和装机使用的安全性。若试验方法设计不合理或测试数据失真，可能导致不合格产品流入装机环节，造成严重的安全隐患。因此，从保障飞行安全的角度出发，建立统一、严谨的测试方法标准势在必行。1.3标准适用范围与定位ISO23887:2021适用于航空航天领域用螺纹型自锁盲紧固件在室温条件下的锁紧扭矩测定。该标准定位为方法类基础标准，与产品规范（如各飞机制造商的材料规范）互为补充，产品规范规定具体性能指标要求，本方法标准提供统一的测试手段。其确立的测试方法和测试条件科学、严谨，具有可重复性和可比性，能够充分保证不同操作者和不同实验室条件下获取的测试数据具有一致性，为产品验收、质量认证和工艺控制提供了可靠的技术依据。2标准编制历程ISO23887:2021的编制工作由国际标准化组织航空航天器与航天器分技术委员会（ISO/TC20/SC4）下属的紧固件标准化工作组组织开展。该工作组汇聚了来自全球主要航空航天制造商（如波音、空客等整机企业）、高端紧固件生产企业、独立检测实验室以及相关政府机构的标准化专家。标准的编制过程遵循了ISO导则所规定的严格程序，经历了提议准备阶段（PreliminaryStage）、提案阶段（ProposalStage）、准备阶段（PreparatoryStage）、委员会阶段（CommitteeStage）、征询意见阶段（EnquiryStage）、批准阶段（ApprovalStage）和出版阶段（PublicationStage）等多个里程碑节点。在委员会讨论阶段，各国专家围绕试验装置的标准化设计、加载速率的优选范围、试样夹持方式对测试结果的影响等核心议题进行了多轮深入研讨和技术论证。特别是在加载速率的确定过程中，编制组通过系统的实验室间比对试验，获得了来自全球不同实验室的大量测试数据，最终确定了既能有效区分不同锁紧结构性能差异、又具有良好的实验室间再现性的加载速率推荐值。经过全体成员国投票表决，该标准最终于2021年7月21日正式发布。3标准核心技术内容3.1试验原理ISO23887:2021规定的锁紧扭矩试验方法核心原理可概括为：将一个已安装并锁紧到规定状态的自锁螺纹型盲紧固件试件固定在专用试验夹具中，通过试验装置以规定的速率对紧固件施加拧松方向的扭矩，记录扭转过程中扭矩随转角（或时间）的变化曲线，并通过特定的取值规则确定锁紧扭矩值。锁紧扭矩的物理本质是克服自锁结构（如尼龙嵌件的弹性变形恢复力、全金属结构的径向压缩应力或螺纹收口的塑性变形抗力）所产生的摩擦阻力矩与变形阻力矩之和。在拧松过程中，初始阶段扭矩急剧上升至峰值（即最大松脱扭矩），随后下降并趋于稳定（即平均松脱扭矩）。不同结构类型的自锁紧固件，其扭矩-转角曲线的形态特征存在差异，标准对此分别给出了取值准则，以确保数据处理的科学性与一致性。3.2试验装置标准对试验装置的构成与性能要求进行了明确规定。试验装置主要包括扭矩加载系统、夹持系统、扭矩测量系统和转角测量系统四部分。扭矩加载系统应能提供平稳、可控的旋转驱动，加载速率在规定的范围内可调；夹持系统应确保试件在试验过程中不产生附加的弯曲应力或偏心载荷；扭矩测量系统的量程应覆盖预期锁紧扭矩值的25%～100%区间，准确度不低于±1%；转角测量系统用于记录扭转角度，其分辨率应不低于0.1°。对于螺纹尺寸规格较小的紧固件（如公称直径小于5mm的产品），标准的附录中提供了适配的精密试验装置配置参考方案，为轻型紧固件的准确测试提供了技术指导。3.3试样制备试样的制备质量直接关系到测试结果的准确性和可重复性。标准对试样的来源、数量、安装方式及预处理条件均作了详细规定。标准要求，试样应从批量产品中随机抽取，或在规定的批次条件下专门制备。每个测试条件下至少应测试5件试样，并报告所有数据点的统计结果。试样的安装应模拟实际使用状态，即采用规定的安装工具和安装扭矩将盲紧固件安装于模拟夹层结构中，安装过程应严格遵循制造商推荐的安装程序。对于表面处理方式（如镀镉、镀锌、铝涂层等）不同的产品，应在试验报告中予以准确标注，以便于数据溯源。3.4测试程序测试程序是标准的核心部分，其流程包括：首先，将安装好的试样装入试验夹具，确保紧固件轴线与试验装置旋转轴线重合，避免产生附加弯矩；其次，以规定的加载速率施加拧松方向的扭矩，加载速率通常建议控制在有利于反映锁紧结构真实性能的范围内；与此同时，连续记录扭矩-转角曲线；最后，根据规定的取值准则从曲线中提取锁紧扭矩值。3.5数据处理与结果表达标准要求对每组试样的测试结果计算算术平均值和标准差，并在试验报告中完整记录每一试样的个体数据。报告的内容除锁紧扭矩数值外，还应包括紧固件产品标识、规格尺寸、热处理批次、表面处理类型、安装工具与安装扭矩、试验环境温湿度、加载速率、试验设备信息等追溯性数据。对于出现异常数据的情况（如试样在测试过程中发生断裂而非正常旋出），标准规定应予以剔除并重新补充试样进行测试。4标准实施的意义ISO23887:2021的发布与实施，对全球航空航天紧固件行业产生了深远影响。促进国际互认与贸易便利化：统一试验方法消除了因测试条件差异造成的技术壁垒，使得各国制造商的产品检测数据具备了互认的基础。这对于降低重复检测成本、缩短产品认证周期、促进国际供应链的高效运转具有重要意义。据估计，标准实施后，紧固件供应商在面向不同国家和地区客户时的测试相关成本可降低约20%～30%。推动产品质量提升：统一的测试标准为产品质量评价提供了客观标尺，促使制造商更加注重产品自锁性能的稳定性和一致性。标准所规定的科学测试程序和严格的统计处理方法，为生产企业开展过程控制和质量优化提供了有力工具，对提升全行业产品质量水平和整体竞争力发挥了重要作用。保障飞行安全：可靠的自锁性能是紧固件在严苛振动环境下保持连接完整性的根本保障。本标准提供了准确、可重复的测试手段，使得设计人员能够在选材和选型阶段获得可靠的性能数据，从而做出更科学的连接设计决策，从源头保障飞行器的结构安全。支撑技术创新与标准迭代：作为方法类基础标准，ISO23887:2021为新型自锁结构、新型材料的性能评价提供了统一平台，有助于加速创新成果的工程化验证与推广应用。5主要编制单位介绍ISO23887:2021的编制凝聚了全球多个权威机构专家的智慧和经验。其中，美国航空航天紧固件领域的标杆性企业——奥特兰（AlcoaFasteningSystems，现为HowmetAerospace旗下业务部门）在该标准的制定过程中发挥了关键的牵头与技术支持作用。HowmetAerospace是全球领先的先进工程解决方案供应商，其前身之一——奥特兰紧固件系统部门在航空航天紧固件的研发与制造领域拥有超过80年的深厚积淀。该公司的产品广泛应用于全球主流商用飞机、军用飞机及航天器的结构连接，其盲紧固件产品系列（如拉铆型和螺纹型盲紧固件）在全球市场占有率位居前列。在ISO23887:2021的编制过程中，HowmetAerospace的紧固件技术专家团队凭借丰富的产品设计经验和对自锁机理的深入理解，主导了试验方法核心框架的设计论证工作。具体而言，该公司为标准的编制贡献了以下关键性技术支撑：1.试验装置原型设计：HowmetAerospace基于其长期积累的内部试验经验，提供了多种型号自锁螺纹型盲紧固件的典型扭矩-转角曲线数据，为标准确定夹持方式、加载速率等核心试验条件提供了重要的试验依据。2.实验室间比对试验组织：该公司协调组织全球多个实验室开展系统的比对测试，验证了标准草案中规定的试验方法的可行性和再现性。这些比对数据成为标准技术指标确定的重要实证基础。3.失效模式分析：公司技术团队对不同类型的自锁结构（尼龙嵌件型、全金属型等）的失效模式进行了系统梳理和分类，为标准中异常数据处理和结果判定条款的制定提供了技术依据。除HowmetAerospace外，该标准的编制还得到了来自法国、德国、日本、中国等国家的航空航天标准化机构和骨干企业专家的积极参与，充分体现了国际标准制定的广泛代表性和技术权威性。6结论与展望ISO23887:2021《航空航天—自锁螺纹型盲紧固件—锁紧扭矩的试验方法》作为国际标准化组织发布的首部针对自锁螺纹型盲紧固件锁紧扭矩测试的专用方法标准，填补了该领域国际标准的空白，为全球航空航天工业提供了统一、科学、可重复的锁紧扭矩测试方法。该标准的发布实施，有效解决了长期以来因试验方法不一致导致的数据可比性差、贸易摩擦多、管理成本高等问题，对于提升航空航天紧固件产品的质量控制水平、促进国际贸易便利化、保障飞行器结构安全具有重要的支撑作用。当前，全球航空航天工业正面临着新材料、新工艺和新结构快速迭代发展的新形势——复合材料的大量应用带来了紧固件与复合材料结构的适配性问题，增材制造等新型成形工艺对紧固件的微观组织与力学性能产生了深远影响，数字化检测技术的快速发展也为试验方法的智能化和自动化提供了新的可能。这些新趋势对紧固件标准化工作提出了更新更高的要求。展望未来，ISO23887:2021可在以下方向进行修订和拓展。首先，随着高温合金、钛合金及陶瓷基复合材料等先进材料在新型飞行器中日益广泛的应用，自锁螺纹型盲紧固件在高温环境下的锁紧扭矩性能评价需求日益迫切。未来可考虑拓展本标准至高温测试条件，建立涵盖室温和高温的系列化试验方法标准。其次，随着航空发动机和高速飞行器向更高推重比和更大马赫数方向发展，对紧固件的耐温等级提出了更高要求，亟需针对极端温度环境下自锁性能的衰减规律建立系统评价方法。第三，数字化和智能化检测技术的进步为试验过程的自动化和数据的实时分析提供了可能，未来可探索将数字孪生和机器学习技术应用于锁紧扭矩测试数据的智能判读与异常识别，进一步提升测试效率和判定的客观性。此外，与紧固件标准体系中的其他相关标准（如安装力矩测试标准、振动防松试验标准等）的协调配套也是未来需要关注的方向。参考文献[1]ISO23887:2021,Aerospace—Blindfasteners,threadedtype,self-