[發明專利]一種電磁孔強化方法

有效

• 申請號: 201310525995.9
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103589854A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李亮;周中玉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于孔強化領域，更具體地，涉及一種電磁孔強化方法。

背景技術

機械結構中有大量的孔，其起到連接、緊固、導通等作用。但是由于孔的應力集中，機械結構中孔疲勞破壞占了很大一部分。因此也誕生了眾多的孔強化技術，以提高其壽命。其中冷擠壓技術是比較成熟有效的一類，在飛機制造中得到廣泛應用。但是冷擠壓方式也存在殘余應力分布不均勻、微小孔及異形孔強化困難、與孔壁接觸摩擦中易引入新的疲勞源、孔和擠壓帶孔板件尺寸需要精確配合而導致加工精度要求高等問題。脈沖電磁力具有力大迅速且無接觸的特點，因而人們提出了一些使用脈沖電磁力來實現孔化的方法。目前主要兩種方法，其中一種是將強化線圈插入孔中，然后在線圈中通入時變的電流，孔壁感應渦流，從而產生線圈對孔壁的壓力，孔徑向擴張，孔邊發生塑性變形，電磁處理完成后在孔壁產生殘余壓應力層，從而提高孔的抗疲勞能力。該方法具有沿孔壁方向殘余壓應力分布較均勻的優點，但是在強化屈服強度大的金屬材料時存在所需脈沖電流大，對脈沖電源和開關要求高的問題。另外當孔徑較小時，制作能夠插入的小線圈比較困難，而且所需電流非常大，因而引起線圈過熱和線圈本身結構破壞。另外一種方法是在板件強化前首先不開孔，而是先在板件開孔部位側面放置線圈，然后在線圈中通入時變的電流，帶孔板件中感應渦流，從而產生很大的軸向電磁壓力，使帶孔板件開孔部位發生塑性變形，最后在被強化部位引入需要的孔。該方法原理上簡單，但所需非常電流大，線圈易過熱并且線圈結構破壞，脈沖電源和開關要求非常高。上述兩種脈沖電磁力孔強化方法，工程上不容易實現，即使實現也很難工業化應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種電磁孔強化方法，其目的在于，解決傳統孔強化殘余應力分布不均勻、難以強化細孔和異形孔、孔和擠壓帶孔板件需精確配合且加工精度要求高的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種電磁孔強化方法，包括以下步驟：

（1）將強化線圈放置于帶孔板件側面或者放入孔中，其中強化線圈與帶孔板件的孔同軸；

（2）將強化線圈和帶孔板件放置到軸向背景磁場中；

（3）強化線圈接入脈沖電源；

（4）脈沖電源放電，強化線圈在帶孔板件孔邊產生感應渦流；

（5）在軸向背景磁場和感應渦流的共同作用下，在帶孔板件孔邊產生徑向電磁力，該電磁力驅動孔擴張，帶孔板件孔邊發生塑性變形，放電完成后，帶孔板件孔邊形成殘余壓應力層。

優選地，強化線圈產生的軸向磁場與軸向背景磁場方向相反。

優選地，可以只在帶孔板件一側放置強化線圈，也可以在帶孔板件兩側對稱布置布置兩個強化線圈。

優選地，軸向背景磁場是由永磁體和導磁臂產生的穩態磁場，且能蓋帶孔板件的感應渦流區域。

優選地，軸向背景磁場是由常規電磁鐵和導磁臂產生的穩態磁場，且能覆蓋帶孔板件的感應渦流區域。

優選地，軸向背景磁場是由脈沖磁體產生的長脈沖磁場，且能覆蓋帶孔板件的感應渦流區域。

優選地，強化線圈所接入的脈沖電源在軸向背景磁場峰值時刻附近放電。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發明中電磁力同時對孔壁進行強化，作用力均勻，因而其強化后殘余壓應力均勻度明顯好于傳統的孔冷擠壓強化方式，因而壽命較傳統的孔冷擠壓強化方式有大幅度提高。

2、本發明中強化線圈不與孔壁接觸，因而其孔壁表面質量不會被破壞，不引入新的疲勞源。

3、本發明中對孔的尺寸精度要求低，一定尺寸范圍內的孔均可以取得一致的強化效果。

4、本發明中可以通過靈活設計強化線圈尺寸和結構來獲得想要的強化載荷分布，實現靈活多樣的強化。

5、本發明中可以非常容易通過調節強化線圈的放電電壓或者背景磁場的大小來調節強化效果，避免了傳統方式需要更換不同直徑的芯棒來實現不通的孔擴張量。

6、本發明中同一套強化線圈可以強化較大尺寸范圍內和不同形狀的孔，通用性強。

附圖說明

圖1是根據本發明第一實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。

圖2是本發明背景磁體和強化線圈軸向磁場時序配合示意圖。

圖3是本發明渦流、背景磁場和電磁力分布示意圖。

圖4是根據本發明第二實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。

圖5是根據本發明第三實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。