[發明專利]一種帶襯套的孔擠壓方法及緊固件結構

在審

• 申請號: 202110290706.6
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN115111236A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 聶聰;林見南;葉文勛
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F16B4/00
• 分類號: F16B4/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 孫芳

本發明提供一種帶襯套的孔擠壓強化方法和緊固結構。該方法是以襯套作為擠壓強化工具，安裝在基體孔內，由于襯套和孔之間保持一定的擠壓過盈量，使襯套在孔需要強化的部位與孔接觸，實現對孔的擠壓強化。進一步地，在基體孔內保留襯套的條件下，安裝緊固連接結構，例如螺栓和螺母，得到帶襯套的緊固件結構。

技術領域

本發明屬于疲勞強化技術領域，具體涉及一種帶襯套的孔擠壓方法和緊固件結構。

背景技術

緊固孔是常見的連接結構，而緊固孔是一種易產生局部應力的典型結構，容易產生裂紋，影響孔的壽命，如圖1所示，沿圖示方向受力時，孔邊出現應力集中區域A。為了解決這一問題，常見的方式是采用冷擠壓強化工藝。冷擠壓強化的原理是用一根直徑略大于待強化孔徑的芯棒，從孔中強行穿過，如圖2所示，擠壓力通過芯軸作用在孔內壁上，使孔壁產生塑性變形，遠離孔壁附近區域金屬發生回彈，使孔壁附近產生殘余壓應力，從而降低受載時的孔邊平均應力，提高孔的壽命。然而，孔擠壓后，孔產生塑性變形，在芯棒的擠出面，容易產生隆起區域B，如圖3所示，影響擠出面的平面度，進而影響擠出面與其他零件的配合。

除了冷擠壓強化，超聲強化、激光噴丸強化工藝等也被應用于孔強化。公開號CN108754121A的發明專利“一種孔壁激光噴丸復合擠壓強化的裝置及其方法”，提出了將帶有前錐的芯棒插入待加工工件孔徑內，激光器發出的激光束通過多次反射后在前錐中形成環形激光帶，環形激光帶對所在的孔壁區域進行激光噴丸強化，該結構較為復雜，且能耗高。公開號CN107012305A的發明專利“一種結構件連接孔的超聲擠壓強化方法及裝置”，提出了在芯棒與連接孔之間保持2％～6％擠壓余量的條件下，將超聲振動芯棒緩慢勻速的通過連接孔，對孔進行超聲擠壓強化，該方法仍舊無法避免由冷擠壓帶來的擠出面隆起的問題。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提出了一種帶襯套的孔擠壓方法和緊固件結構。

本發明的帶襯套的孔擠壓強化方法，包括以下步驟：

步驟一：根據孔的形狀和尺寸，選擇襯套的形狀和尺寸，保證一定的擠壓過盈量；

步驟二：將襯套裝入孔內，使襯套在孔需要強化的部位與孔接觸，實現對孔的擠壓強化；

步驟三：在孔內保留該襯套的條件下，安裝緊固連接結構；

優選地，擠壓過盈量為0.05-0.4mm，擠壓過盈量指襯套外圈與孔之間的直徑過盈量，例如孔的受擠壓部位的直徑為8mm，則相應地，襯套的擠壓部位的直徑為8.05-8.4mm；

優選地，孔為圓形孔或異形孔；優選地，孔為異形孔；更優選地，孔為橢圓形孔；

優選地，襯套在自由狀態下為圓形襯套或異形襯套；更優選地，襯套在自由狀態下為橢圓形襯套；

優選地，孔為橢圓形孔，并且襯套在自由狀態下為圓形襯套；或者孔為圓形孔，并且襯套在自由狀態下為橢圓形襯套；

基體上孔和襯套的形狀不限于以上方案，只要當襯套某方向上的尺寸大于基體上孔某方向上的尺寸時，即可通過相互擠壓形成彈性變形，即壓應力。例如，當基體上孔與襯套形狀相同，但尺寸略小于襯套，此時，通過冷卻襯套的方法，將襯套安裝進基體上孔，恢復室溫后，即可實現基體上孔全周方向上均產生殘余壓應力。

優選地，襯套的材料為鋼或高溫合金，更優選地，襯套的材料為鎳基高溫合金；

襯套可以通過干冰或液氮冷卻的方式產生收縮，并被安裝入孔內；或者襯套在彈性變形范圍內被捏扁，并被安裝入孔內；

緊固連接結構可以為螺栓。

本發明還提供一種帶襯套的緊固件結構，包括螺栓、螺母、多個基體，基體上設有孔，螺栓穿過孔與螺母連接，其中，孔中安裝有襯套，襯套與孔之間存在擠壓過盈量，能對孔的孔壁進行擠壓強化。