[發(fā)明專利]可變徑旋轉(zhuǎn)冷擠壓強化工藝裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811107058.0
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109304619B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張顯程;曹賢;龔從揚;雷學林;賈云飛;符永宏;劉怡心;劉爽;涂善東;張成成
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學;中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司
• 主分類號: B23P23/04
• 分類號: B23P23/04;B21C23/04;B23D75/00;C21D7/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發(fā)明提供了一種可變徑旋轉(zhuǎn)冷擠壓強化工藝裝置，包括芯棒以及可滑動地套設(shè)于芯棒上且彼此固接的襯套和固定筒，襯套由多個周向排列的扇形襯套塊組成，固定筒遠離襯套的另一端與電機以及管路系統(tǒng)連接，芯棒包括錐形圓柱體和等徑圓柱體，襯套的內(nèi)部形成錐形通孔，每個扇形襯套塊均包括本體和凸臺，本體的外表面上具有排布緊密且規(guī)則的球形凸起。本發(fā)明通過襯套的表面的緊密排布的球形凸起，有利于提高所加工的內(nèi)孔的疲勞壽命；且將芯棒的形狀設(shè)置為具有錐形圓柱體，避免了采用方錐形芯棒磨損所造成的對擠壓精度的影響；此外，將孔擠壓與鉸孔工藝相結(jié)合，提高所加工的內(nèi)孔表面的光潔度，保證加工的連續(xù)性，進而提高了加工的精度與加工的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料強化領(lǐng)域，具體涉及一種冷擠壓強化工藝裝置。

背景技術(shù)

緊固孔是飛機構(gòu)件上典型的應(yīng)力集中部位,在交變載荷的作用下極易產(chǎn)生疲勞裂紋,從而導(dǎo)致整機的安全性、可靠性和使用壽命都大大降低。因此,在設(shè)計、選材和制造中,如何盡可能減小緊固孔應(yīng)力集中的影響,改善飛機結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能,延長使用壽命,確保飛機結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性,是設(shè)計和材料研究者的重要研究課題。

1881年H.R.赫茲最早研究了玻璃透鏡在使它們相互接觸的力作用下發(fā)生的彈性變形。他假設(shè)：①接觸區(qū)發(fā)生小變形。②接觸面呈橢圓形。③相接觸的物體可被看作是彈性半空間,接觸面上只作用有分布的垂直壓力。凡滿足以上假設(shè)的接觸稱為赫茲接觸。當接觸面附近的物體表面輪廓近似為二次拋物面,且接觸面尺寸遠比物體尺寸和表面的相對曲率半徑小時，由赫茲理論可得到與實際相符的結(jié)果。在赫茲接觸問題中,由于接觸區(qū)附近的變形受周圍介質(zhì)的強烈約束，因而各點處于三向應(yīng)力狀態(tài)，且接觸應(yīng)力的分布呈高度局部性，隨離接觸面距離的增加而迅速衰減。此外，接觸應(yīng)力與外加壓力呈非線性關(guān)系，并與材料的彈性模量和泊松比有關(guān)。

在工程實踐中,通常對緊固孔進行表面強化處理來提高飛機的壽命。強化技術(shù)(fatiguelife enhancement methods,FLEM)是增強飛機疲勞壽命的措施的簡稱,它是指在不改變結(jié)構(gòu)形式、材料,不增加結(jié)構(gòu)重量的前提下,經(jīng)過對結(jié)構(gòu)重要部位和關(guān)鍵部位的強化工藝處理,而達到提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命的目的[錢曉明,姜銀方,管海兵,等.飛機結(jié)構(gòu)件緊固孔強化技術(shù)綜述[J].機械強度,2011,33(5):749-753]。如今,緊固孔強化技術(shù)主要有冷擠壓、干涉配合、滾壓、機械噴丸和激光沖擊強化。

孔擠壓作為目前國際上應(yīng)用最為廣泛的連接孔強化手段，在工藝控制良好的情況下，可提高緊固孔疲勞壽命3倍以上[王燕禮,朱有利,曹強,等.孔擠壓強化技術(shù)研究進展與展望[J].航空學報,2018(2):1-17]，其原理是將一個直徑大于孔徑、硬度高于連接孔材料的芯棒或圓球擠過連接孔，迫使孔壁材料發(fā)生彈塑性變形，在孔壁引入大深度高幅值可控殘余壓應(yīng)力層，改善孔結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的孔邊局部應(yīng)力分布狀態(tài)，大幅提高連接孔疲勞強度。

目前使用最廣泛的孔擠壓工藝包括開縫襯套擠壓和開縫芯棒擠壓。

其中，開縫襯套擠壓工藝對孔內(nèi)表面加工后，沿板的厚度方向會產(chǎn)生較大的應(yīng)力梯度，對內(nèi)孔的疲勞壽命有較大的影響，此外，開縫襯套上具有直槽，該直槽會在孔內(nèi)表面產(chǎn)生凸脊，凸脊處產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成微裂紋的萌生與擴展，因此，在進行孔擠壓工藝后，還需二次加工，即對內(nèi)孔鉸孔，以消除凸脊的影響，兩道工序的不連續(xù)性降低了加工效率。