一种带衬套的孔挤压方法及紧固件结构与流程

1.本发明属于疲劳强化技术领域，具体涉及一种带衬套的孔挤压方法和紧固件结构。


背景技术：

2.紧固孔是常见的连接结构，而紧固孔是一种易产生局部应力的典型结构，容易产生裂纹，影响孔的寿命，如图1所示，沿图示方向受力时，孔边出现应力集中区域a。为了解决这一问题，常见的方式是采用冷挤压强化工艺。冷挤压强化的原理是用一根直径略大于待强化孔径的芯棒，从孔中强行穿过，如图2所示，挤压力通过芯轴作用在孔内壁上，使孔壁产生塑性变形，远离孔壁附近区域金属发生回弹，使孔壁附近产生残余压应力，从而降低受载时的孔边平均应力，提高孔的寿命。然而，孔挤压后，孔产生塑性变形，在芯棒的挤出面，容易产生隆起区域b，如图3所示，影响挤出面的平面度，进而影响挤出面与其他零件的配合。
3.除了冷挤压强化，超声强化、激光喷丸强化工艺等也被应用于孔强化。公开号cn108754121a的发明专利“一种孔壁激光喷丸复合挤压强化的装置及其方法”，提出了将带有前锥的芯棒插入待加工工件孔径内，激光器发出的激光束通过多次反射后在前锥中形成环形激光带，环形激光带对所在的孔壁区域进行激光喷丸强化，该结构较为复杂，且能耗高。公开号cn107012305a的发明专利“一种结构件连接孔的超声挤压强化方法及装置”，提出了在芯棒与连接孔之间保持2％～6％挤压余量的条件下，将超声振动芯棒缓慢匀速的通过连接孔，对孔进行超声挤压强化，该方法仍旧无法避免由冷挤压带来的挤出面隆起的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种带衬套的孔挤压方法和紧固件结构。
5.本发明的带衬套的孔挤压强化方法，包括以下步骤：
6.步骤一：根据孔的形状和尺寸，选择衬套的形状和尺寸，保证一定的挤压过盈量；
7.步骤二：将衬套装入孔内，使衬套在孔需要强化的部位与孔接触，实现对孔的挤压强化；
8.步骤三：在孔内保留该衬套的条件下，安装紧固连接结构；
9.优选地，挤压过盈量为0.05-0.4mm，挤压过盈量指衬套外圈与孔之间的直径过盈量，例如孔的受挤压部位的直径为8mm，则相应地，衬套的挤压部位的直径为8.05-8.4mm；
10.优选地，孔为圆形孔或异形孔；优选地，孔为异形孔；更优选地，孔为椭圆形孔；
11.优选地，衬套在自由状态下为圆形衬套或异形衬套；更优选地，衬套在自由状态下为椭圆形衬套；
12.优选地，孔为椭圆形孔，并且衬套在自由状态下为圆形衬套；或者孔为圆形孔，并且衬套在自由状态下为椭圆形衬套；
13.基体上孔和衬套的形状不限于以上方案，只要当衬套某方向上的尺寸大于基体上孔某方向上的尺寸时，即可通过相互挤压形成弹性变形，即压应力。例如，当基体上孔与衬套形状相同，但尺寸略小于衬套，此时，通过冷却衬套的方法，将衬套安装进基体上孔，恢复室温后，即可实现基体上孔全周方向上均产生残余压应力。
14.优选地，衬套的材料为钢或高温合金，更优选地，衬套的材料为镍基高温合金；
15.衬套可以通过干冰或液氮冷却的方式产生收缩，并被安装入孔内；或者衬套在弹性变形范围内被捏扁，并被安装入孔内；
16.紧固连接结构可以为螺栓。
17.本发明还提供一种带衬套的紧固件结构，包括螺栓、螺母、多个基体，基体上设有孔，螺栓穿过孔与螺母连接，其中，孔中安装有衬套，衬套与孔之间存在挤压过盈量，能对孔的孔壁进行挤压强化。
18.本发明在孔内安装衬套，利用衬套和孔之间的形状和尺寸差异，使衬套对孔上的应力集中区域挤压强化。由于不采用芯棒冷挤压的方式，无挤压芯棒的轴向运动，不会产生孔在轴向上的变形，能够保证孔两端平面的平面度不受影响，从而保证装配效果。
附图说明
19.下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
20.图1为孔的受力方向及应力集中区域示意图
21.图2为芯棒冷挤压孔的示意图
22.图3为芯棒冷挤压后的孔状态示意图
23.图4为带有孔的基体示意图
24.图5为自由状态下的衬套示意图
25.图6为衬套对孔进行挤压强化示意图
26.图7为安装有衬套的紧固件结构示意图
27.图中，基体1、101、102；孔1-1；衬套2、201、202；应力集中区域3；螺栓4；螺母5。
具体实施方式
28.下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
29.除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
30.实施例1
31.如图4至图6所示，本实施例提供一种带衬套的孔挤压强化方法。
32.基体1上设有孔1-1，呈椭圆形，衬套2在自由状态下为圆形，材料为钢，衬套2在自由状态下的半径略大于孔1-1的短轴尺寸。
33.装配时，通过钳子在弹性变形范围内捏扁衬套2，将衬套2安装进孔1-1内，捏扁力失去后，衬套2对孔1-1的应力集中区域3进行挤压强化，使应力集中区域3产生弹性变形或弹性变形和塑性变形，从而形成残余压应力，提高孔的寿命。
34.实施例2
35.如图7所示，本实施例提供一种带孔挤压强化衬套的紧固件。
36.本实施例的紧固件包括基体101和基体102，两个基体上都设有孔，孔内分别安装有衬套201和202，衬套与孔之间存在挤压过盈量，对孔具有挤压强化效果，通过两端的螺栓4和螺母5配合连接，将基体101和基体102固定。
37.本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。


技术特征：
1.一种带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：根据孔的形状和尺寸，选择衬套形状和尺寸，保证一定的挤压过盈量；步骤二：将所述衬套装入所述孔内，使所述衬套在所述孔需要强化的部位与所述孔接触，实现对所述孔的挤压强化；步骤三：在所述孔内保留所述衬套的条件下，安装紧固连接结构。2.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述的挤压过盈量为0.05-0.4mm。3.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述孔为圆形孔或异形孔。4.根据权利要求3所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述异形孔为椭圆形孔。5.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述衬套在自由状态下为圆形衬套或异形衬套。6.根据权利要求5所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述异形衬套为椭圆形衬套。7.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述孔为椭圆形孔，并且所述衬套在自由状态下为圆形衬套；或所述孔为圆形孔，并且所述衬套在自由状态下为椭圆形衬套。8.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述衬套的材料为钢或高温合金。9.根据权利要求8所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述高温合晶为镍基高温合金。10.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述衬套通过干冰或液氮冷却的方式产生收缩，并被安装入所述孔内；或者所述衬套在弹性变形范围内被捏扁，并被安装入所述孔内。11.根据权利要求1所述的带衬套的孔挤压强化方法，其特征在于：所述紧固连接结构为螺栓和螺母。12.一种带衬套的紧固件结构，包括螺栓、螺母、多个基体，所述基体上设有孔，所述螺栓穿过所述孔与所述螺母连接，其特征在于，所述孔中安装有衬套，所述衬套与所述孔之间存在挤压过盈量，能对所述孔的孔壁进行挤压强化。

技术总结
本发明提供一种带衬套的孔挤压强化方法和紧固结构。该方法是以衬套作为挤压强化工具，安装在基体孔内，由于衬套和孔之间保持一定的挤压过盈量，使衬套在孔需要强化的部位与孔接触，实现对孔的挤压强化。进一步地，在基体孔内保留衬套的条件下，安装紧固连接结构，例如螺栓和螺母，得到带衬套的紧固件结构。得到带衬套的紧固件结构。得到带衬套的紧固件结构。


技术研发人员：聂聪 林见南 叶文勋
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2022/9/26