一种孔口倒边强化成型工具及其方法技术

本发明专利技术涉及一种孔口倒边强化成型工具及其方法。包括支撑座、锥面压头、滚柱及保持架；所述孔口倒边强化成型工具用于将孔口边滚压为目标孔口倒边；支撑座下部为支撑平台，在支撑平台上垂直延伸有支撑轴；锥面压头为回转体，开有中心轴孔，所述锥面压头下端形成外锥面，外锥面的锥面角度与目标孔口倒边的倒角角度相同；所述外锥面上开有环槽，所述环槽中设置有保持架和多个滚柱，所述滚柱在所述保持架的限定下保持滚柱之间的间距，同时在所述环槽中环向滚动。本发明专利技术滚挤压后的孔口倒边表层及亚表层产生有益的残余压应力并提高金属表面的硬度、材料的强度以及表面光洁度。材料的强度以及表面光洁度。材料的强度以及表面光洁度。

【技术实现步骤摘要】
一种孔口倒边强化成型工具及其方法


[0001]本专利技术涉及金属材料零件抗疲劳制造
，涉及一种孔口倒边强化成型工具及其方法。

技术介绍

[0002]目前，在直升机飞机结构中，很多零件是通过承载孔紧固件装配在一起的。然而，由于孔周边存在应力集中，飞机服役过程中，承载孔受到大应力、大应变、冲击复合载荷的作用，孔壁易过早萌生疲劳裂纹，严重降低结构件疲劳寿命。疲劳失效已经成为飞机结构件主要的失效模式，由于事先没有明显的塑性变形和事故征兆，其危险性和破坏性极大。特别是旋翼系统关键结构件承受复杂高频振动及交变载荷，易在紧固孔孔口边缘连接处产生疲劳裂纹甚至断裂，导致操纵功能失效。承载孔在加工中受到热力多场耦合作用，容易产生几何形状、表层物性等多尺度误差与缺陷。飞机受力结构件上的紧固件为应力集中部位，其疲劳强度比较薄弱，孔结构的破坏往往造成机体破坏。因而，开展关键承力孔抗疲劳强化工艺技术研究及应用是直升机抗疲劳制造急需解决的问题和重点研究方向。
[0003]抗疲劳制造技术是指在不改变零部件材料和截面尺寸的前提下，通过在制造工艺过程中改变材料的组织及应力分布状态来提高零部件疲劳寿命的制造技术，在目前的生产实践中，有关抗疲劳制造的方法多种多样，可以概括为：机械、物理、化学及高能束等，其中机械方法的突出特点是利用冷变形技术，使金属材料表面产生形变硬化层，并引入高的残余压应力，因而减少了疲劳应力作用下裂纹的形核并抑制裂纹的早期扩展，同时提升表面光洁度，从而显著提高机械零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力，主要工艺方法包括滚压、挤压、喷丸、干涉配合等。
[0004]目前，针对承力孔结构强化主要有孔挤压强化、孔滚压强化、超声振动滚压强化等手段，但由于工艺方法限制，其强化部位主要集中在对承力孔孔内壁的强化，而对于孔口两侧的倒边区域确不适用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的：针对铝合金、钛合金等航空材料，给出承力孔孔口倒边强化成型工具及其加工方法，显著提高金属表面的硬度、材料的强度以及表面光洁度，进而提高抗疲劳能力和抗应力腐蚀能力。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]提供一种孔口倒边强化成型工具，包括支撑座、锥面压头4、滚柱5及保持架6；所述孔口倒边强化成型工具用于将孔口边滚压为目标孔口倒边；
[0008]支撑座下部为支撑平台21，在支撑平台上垂直延伸有支撑轴22；
[0009]锥面压头为回转体，开有中心轴孔，所述锥面压头下端形成外锥面，外锥面的锥面角度与目标孔口倒边的倒角角度相同；所述外锥面的外径大于目标孔口倒边的外径；
[0010]所述外锥面上开有环槽，所述环槽中设置有保持架6和多个滚柱，所述滚柱在所述
保持架6的限定下保持滚柱之间的间距，同时在所述环槽中环向滚动；
[0011]所述支撑轴与所述锥面压头的中心轴孔为滑动摩擦配合，使得所述锥面压头能够相对于所述支撑轴旋转。
[0012]进一步的，所述滚柱5的材料硬度高于所述孔口的材料硬度。
[0013]进一步的，多个滚柱5环向均匀分布。
[0014]进一步的，所述锥面压头为组件，组件中的锥面压头具有不同的外锥面角度。不同外锥面角度对应不同角度要求的孔口倒边的角度。
[0015]还提供基于上述孔口倒边强化成型工具的孔口倒边强化方法
[0016]步骤1、初加工
[0017]通过切削的工艺加工出初级孔口倒边，加工中保证所述初级孔口倒边的轴向长度与目标孔口倒边的轴向长度相同，所述初级孔口倒边的锥面角度大于目标孔口倒边的锥面角度；
[0018]步骤2、旋压前判定
[0019]对切削后的孔口倒边的最大压缩量J进行判断，所述最大压缩量J通过如下公式获得：
[0020]sinX＝J/ov，
[0021]sin(X+C)＝A/ov，
[0022]其中，J为预设常数，单位mm；A为初级孔口倒边和目标孔口倒边的轴向长度，单位mm；ov为初级孔口倒边的锥面宽度，C为目标孔口倒边的锥面角度，X为目标孔口倒边的锥面角度与初级孔口倒边的锥面角度之角度差，X+C为初级孔口倒边的锥面角度；
[0023]判断最大压缩量J是否处于孔的基体材料的压缩量范围内，若满足则继续步骤3，若不满足则回到步骤1；
[0024]步骤3、旋压倒边
[0025]将所述支撑座的支撑轴贯穿所述中心轴孔，所述支撑平台支撑在孔下端，所述滚柱压在所述初级孔口倒边，使得所述锥面压头4旋转M带动滚柱滚动，并且在所述锥面压头4上施加轴向推力F，通过滚柱滚压所述初级孔口倒边；实时监测所述锥面压头的轴向进给量，当达到轴向进给量H时停止锥面压头的旋转和轴向进给，进给量H＝J/cosC。
[0026]进一步的，孔的基体1材料为超高强度钢，J取值为0.1～0.2mm。
[0027]进一步的，孔的基体材料为合金结构钢，J取值为0.1～0.3mm。
[0028]进一步的，孔的基体材料为铝合金，J取值为0.2～0.3mm。
[0029]进一步的，孔的基体材料为钛合金，J取值为0.1～0.3mm。
[0030]进一步的，孔的基体材料为不锈钢，J取值为0.2～0.3mm。
[0031]进一步的，步骤3开始时，在初级孔口倒边的锥面上涂覆润滑剂。
[0032]进一步的，锥面压头的旋转速度为1
‑
2转/S,锥面压头的轴向进给速度为0.05
‑
0.08mm/s。
[0033]本专利技术的有益效果：通过将比金属零件强度硬度更高的工具施力作用于金属零件表面，利用锥度的自定心性，在轴向压力和旋转力矩综合作用下(旋进作用)，本专利技术的工具使承力孔孔口倒边发生“擀面皮”式的强迫运动，金属零件表面材料发生被迫流动及弹塑性变形，使晶粒发生破碎细化、位错密度增大，使滚挤压后的孔口倒边表层及亚表层产生有益
的残余压应力并提高金属表面的硬度、材料的强度以及表面光洁度，进而提高抗疲劳能力和抗应力腐蚀能力。
附图说明
[0034]当结合附图阅读时，通过参考以下对本专利技术示例的详细描述，将最好地理解例示性示例以及优选的使用模式、其他目的及其描述，其中：
[0035]图1为本专利技术的结构和使用示意图；
[0036]图2为本专利技术的结构和使用剖视图；
[0037]图3为支撑平台、锥面压头、滚柱和保持架的爆炸图；
[0038]图4为支撑座的结构示意图；；
[0039]图5为滚压中各个参数的原理说明图；
[0040]其中，1
‑
孔的基体，2
‑
支撑平台，3
‑
支撑轴，4
‑
锥面压头，5
‑
滚柱，6
‑
保持架。
具体实施方式
[0041]将参照附图更充分地描述所公开的示例，在附图中示出了所公开示例中的一些(但并非全部)。事实上，可描述许多不同的示例并且这些示例不应该被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孔口倒边强化成型工具，其特征在于：包括支撑座、锥面压头、滚柱及保持架；所述孔口倒边强化成型工具用于将孔口边滚压为目标孔口倒边；支撑座下部为支撑平台，在支撑平台上垂直延伸有支撑轴；锥面压头为回转体，开有中心轴孔，所述锥面压头下端形成外锥面，外锥面的锥面角度与目标孔口倒边的倒角角度相同；所述外锥面的外径大于目标孔口倒边的外径；所述外锥面上开有环槽，所述环槽中设置有保持架和多个滚柱，所述滚柱在所述保持架的限定下保持滚柱之间的间距，同时在所述环槽中环向滚动；所述支撑轴与所述锥面压头的中心轴孔为滑动摩擦配合，使得所述锥面压头能够相对于所述支撑轴旋转。2.根据权利要求1所述的一种孔口倒边强化成型工具，其特征在于：所述滚柱的材料硬度高于所述孔口的材料硬度。3.根据权利要求1所述的一种孔口倒边强化成型工具，其特征在于：多个滚柱环向均匀分布。4.根据权利要求1所述的一种孔口倒边强化成型工具，其特征在于：所述锥面压头为组件，组件中的锥面压头具有不同的外锥面角度。5.基于权利要求1
‑
4之一的孔口倒边强化成型工具的孔口倒边强化方法，包括如下步骤：步骤1、初加工通过切削的工艺加工出初级孔口倒边，加工中保证所述初级孔口倒边的轴向长度与目标孔口倒边的轴向长度相同，所述初级孔口倒边的锥面角度大于目标孔口倒边的锥面角度；步骤2、旋压前判定对切削后的孔口倒边的最大压缩量J进行判断，所述最大压缩量J通过如下公式获得：sinX＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛永杰，苗德建，管海新，黄康华，徐志鹏，王国华，
申请(专利权)人：江西昌河航空工业有限公司，
类型：发明
国别省市：