本发明专利技术公开了一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，包括如下步骤：(1)对铝合金结构壁板的待制孔区域进行机械喷丸处理，得到机械喷丸处理的铝合金结构壁板；(2)将步骤(1)的机械喷丸处理的铝合金结构壁板置于制孔平台上进行制孔，然后进行扩孔，得到制件孔；所述孔的孔径范围为2.0～8.0mm，所述孔的孔边距≥2.0，所述扩孔的挤压量为4.0％～6.0％；(3)对步骤(2)的制件孔进行铰孔，所述铰孔的铰孔量为20μm～50μm；(4)对所述铰孔的边缘进行抛光处理，使所述边缘的表面粗糙度为Ra 0.2～Ra 0.8。本申请可显著降低制孔表面壁的粗糙度，有效提高铝合金结构制件的疲劳强度和寿命。度和寿命。度和寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法
[0001]本专利技术属于金属材料
，特别涉及一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法。
技术介绍
[0002]整体壁板由长桁、蒙皮等骨架结构组成，比强度高、结构尺寸精度高、表面光洁度高、疲劳寿命长，且总体与局部结构可靠性好，已成为当今航空航天普遍采用的高效率结构，是提高飞行器与火箭综合性能的主要途径及措施，已成为衡量一个国家航空航天技术发展的重要标志之一。由于铝合金密度低、比强度高、比刚度高，且具有良好的耐蚀性及加工性能，是目前整体结构壁板的首选材料。铝合金整体壁板目前已广泛应用于高速列车、地铁、飞机、运载火箭、中近程及洲际导弹、宇宙飞船等武器装备，在舰船领域广泛用于制造盖板、隔板、甲板、地板与装销板等部件。
[0003]现代飞机、火箭、战术导弹等军事装备中存在着大量的机械连接件，其中以螺接、铆接为主，由疲劳失效而诱发的质量事故中，机械连接结构的疲劳破坏占到了55％～80％，因此机械连接部位(螺接、铆接)的结构疲劳强度和寿命至关重要。美国疲劳工程技术公司FTI于20世纪初开发出了孔挤压强化技术，这一技术可通过引入残余压应力，改善连接制件的应力分布，大幅提高结构连接制件的疲劳强度与疲劳寿命。孔挤压强化是采用工作直径大于初始直径的高强度挤压棒穿过制件孔并挤压孔壁，孔挤压强化使得孔周围产生塑性变形区，塑变呈因受到其周围约束区的反弹挤压，在孔壁附近产生弹塑性变形层，并形成有利的残余压应力分布，这种残余压应力能有效降低结构制件在外载荷作用下引起的孔周围的拉应力峰值，改善制件受载环境，形成有利于提高结构制件连接疲劳强度的残余压应力分布场。
[0004]众所周知，结构制件表面的粗糙度程度直接影响和决定了其疲劳强度和寿命，传统的孔挤压强化仅考虑了引入挤压残余压应力场来提高制件的疲劳强度，对残余压应力场的深度和大小未作深入考虑，同时对挤压表面的粗糙度未作严格限制和要求，虽可在一定程度上提高结构制件的疲劳强度，但对于需要长期服役考核的结构制件来说，仅使用传统的孔挤压强化制备技术，还达不到其疲劳寿命的考核要求。
技术实现思路
[0005]为解决目前技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法。该制备方法可以显著降低制孔表面壁的粗糙度，进一步提高结构制件的疲劳强度和持久寿命。
[0006]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0007]一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)机械喷丸：对铝合金结构壁板的待制孔区域进行机械喷丸处理15min～25min，得到机械喷丸处理的铝合金结构壁板；
[0009](2)开孔：将步骤(1)的机械喷丸处理的铝合金结构壁板置于制孔平台上进行制孔，然后进行扩孔，得到制件孔；所述孔的孔径范围为2.0mm～8.0mm，所述孔的孔边距≥2.0，所述扩孔的挤压量为4.0％～6.0％；
[0010](3)铰孔：对步骤(2)的制件孔进行铰孔，所述铰孔的铰孔量为20μm～50μm；
[0011](4)低塑性抛光：对所述铰孔的边缘进行抛光处理，使所述边缘的表面粗糙度为Ra 0.2～Ra 0.8。
[0012]步骤(1)中，
[0013]所述喷丸采用铸钢弹丸实现，所述铸钢弹丸的直径为1.0mm～2.5mm，所述铸钢弹丸的抛丸角度为25
°
～75
°
，所述铸钢弹丸的弹丸流量为120Lb.min
‑1～200Lb.min
‑1，所述铸钢弹丸的抛丸有效宽度为6.0mm～20.0mm。
[0014]步骤(2)中，
[0015]所述制孔平台，用于铝合金结构壁板的制孔，包括弹性缓冲器、开孔限位杆、金属芯棒、高频振动器、能量转换器、连接杆和继电器；
[0016]所述开孔限位杆的一端与所述铝合金结构壁板的侧面相抵接，另一端与所述弹性缓冲器相抵接；
[0017]所述金属芯棒的一端与所述铝合金结构壁板的侧面相抵接，另一端与所述高频振动器相抵接；所述铝合金结构壁板设置于所述金属芯棒和所述开孔限位杆之间；
[0018]所述能量转换器的一端与所述高频振动器相抵接，另一端与所述连接杆相抵接；所述能量转换器设置于所述高频振动器和所述连接杆之间；
[0019]所述继电器设置在所述连接杆的两端。
[0020]进一步地，所述弹性缓冲器、所述开孔限位杆、所述金属芯棒、所述高频振动器及所述能量转换器一一对应设置。
[0021]进一步地，所述制孔平台上设置有多个相互平行设置的所述弹性缓冲器、多个相互平行设置的所述开孔限位杆、多个相互平行设置的所述金属芯棒、多个相互平行设置的所述高频振动器及多个相互平行设置的所述能量转换器。
[0022]进一步地，所述制孔平台还包括多个相互平行设置的金属支座，所述金属支座和所述开孔限位杆分别设置于所述铝合金结构壁板同一侧面的两端。
[0023]所述制孔通过带有锥度的金属芯棒实现制孔。
[0024]所述金属芯棒为不锈钢或工具钢芯棒，所述锥度为3
°
～6
°
。
[0025]所述扩孔通过带开缝衬套的高频振动扩孔器实现扩孔。
[0026]所述开缝衬套的单边厚度为1.0mm～2.0mm，所述开缝衬套为铝锡合金或铝铅合金衬套。
[0027]所述开缝衬套与所述制件孔之间填充有润滑介质，所述润滑介质优选为二硫化钼。
[0028]所述高频振动扩孔器的振动频率为350HZ～500HZ，激振电流为8A～12A，振动时间为12min～20min。
[0029]步骤(3)中：
[0030]所述铰孔通过铰刀实现，所述铰刀为硬质合金、钴合金或者高速钢铰刀。
[0031]所述铰刀的直径为2.0mm～8.0mm，所述铰刀的直径的公差为+0.002mm～+
0.012mm，所述铰刀的齿数为6～12。
[0032]所述铰刀的切削锥度为30
°
～75
°
，第一后角
ɑ
为10
°
～25
°
，叶宽为0.8mm～1.5mm，主轴转速为1200r.min
‑1～2000r.min
‑1，进给速度为200mm.min
‑1～500mm.min
‑1，ap为0.10mm～0.35mm，铰孔后的表面粗糙度R
Z
为10.0μm～30.0μm。
[0033]步骤(4)中：
[0034]所述抛光采用抛光球进行抛光，所述抛光球为硬质金属或者陶瓷抛光球；所述抛光球的直径为3.0mm～6.0mm。
[0035]所述抛光的抛光压力为8.0MPa～14.0MPa，进给率为0.06mm～0.25mm，滚压次数为4～7次，抛光速度为120mm.min
‑1～210mm.min...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)机械喷丸：对铝合金结构壁板的待制孔区域进行机械喷丸处理15min～25min，得到机械喷丸处理的铝合金结构壁板；(2)开孔：将步骤(1)的机械喷丸处理的铝合金结构壁板置于制孔平台上进行制孔，然后进行扩孔，得到制件孔；所述孔的孔径范围为2.0mm～8.0mm，所述孔的孔边距≥2.0，所述扩孔的挤压量为4.0％～6.0％；(3)铰孔：对步骤(2)的制件孔进行铰孔，所述铰孔的铰孔量为20μm～50μm；(4)低塑性抛光：对所述铰孔的边缘进行抛光处理，使所述边缘的表面粗糙度为Ra 0.2～Ra 0.8。2.根据权利要求1所述的提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述喷丸采用铸钢弹丸实现，所述铸钢弹丸的直径为1.0mm～2.5mm，所述铸钢弹丸的抛丸角度为25
°
～75
°
，所述铸钢弹丸的弹丸流量为120Lb.min
‑1～200Lb.min
‑1，所述铸钢弹丸的抛丸有效宽度为6.0mm～20.0mm。3.根据权利要求1所述的提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述制孔平台，用于铝合金结构壁板的制孔，包括弹性缓冲器、开孔限位杆、金属芯棒、高频振动器、能量转换器、连接杆和继电器；所述开孔限位杆的一端与所述铝合金结构壁板的侧面相抵接，另一端与所述弹性缓冲器相抵接；所述金属芯棒的一端与所述铝合金结构壁板的侧面相抵接，另一端与所述高频振动器相抵接；所述铝合金结构壁板设置于所述金属芯棒和所述开孔限位杆之间；所述能量转换器的一端与所述高频振动器相抵接，另一端与所述连接杆相抵接；所述能量转换器设置于所述高频振动器和所述连接杆之间；所述继电器设置在所述连接杆的两端。4.根据权利要求3所述的提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，其特征在于，所述弹性缓冲器、所述开孔限位杆、所述金属芯棒、所述高频振动器及所述能量转换器一一对应设置。5.根据权利要求4所述的提高铝合金结构壁板疲劳寿命的孔挤压强化制备方法，其特征在于，所述制孔平台上设置有多个相互平行设置的所述弹性缓冲器、多个相互平行设置的所述开孔限位杆、多个相互平行设置的所述金属芯棒、多个相互平行设置的所述高频振动器及多个相互平...
【专利技术属性】
技术研发人员：王端志，邵虹榜，黄元春，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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