一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，包括以下步驟：步驟1、根據(jù)干涉量、強(qiáng)化量、干涉螺栓的直徑，設(shè)計(jì)初孔直徑和終孔直徑；步驟2、根據(jù)步驟1中的該初孔直徑在合金板的表面制初孔；步驟3、對(duì)所述初孔進(jìn)行冷擠壓形成所述終孔；步驟4、在所述終孔中進(jìn)行干涉螺栓安裝。該合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法組合了孔冷擠壓強(qiáng)化工藝實(shí)施性好、效率高、以及電磁鉚接干涉安裝方法損傷小、膨脹較均勻的特點(diǎn)，極大地提高了7050-T7451鋁合金結(jié)構(gòu)孔的抗疲勞性能。
【專利說明】一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料表面強(qiáng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]7050-T7451鋁合金不僅強(qiáng)度較高，而且具有較好的斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼壁板、框、梁等關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件上。目前結(jié)構(gòu)分離面通常采用機(jī)械連接方式，由于合金的缺口敏感性高，在承受交變載荷時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而斷裂。因此，零件的失效多以疲勞方式發(fā)生，特別是帶螺栓孔的零件因孔邊應(yīng)力集中而發(fā)生的疲勞破壞。
[0003]飛機(jī)結(jié)構(gòu)件采用的主要連接方法是機(jī)械連接，一架大型飛機(jī)上大約裝有150~200萬個(gè)鉚釘和螺栓。緊固件孔處是典型的應(yīng)力集中部位，是疲勞裂紋源，因此，研究和改善飛機(jī)結(jié)構(gòu)帶孔零件的疲勞性能對(duì)提高飛機(jī)壽命顯得尤為重要。目前工程應(yīng)用的強(qiáng)化方法主要兩種，一種是干涉配合 螺接(或稱為干涉螺栓安裝)，另一種是孔擠壓強(qiáng)化。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中干涉配合螺接通常需要采用冷縮安裝或強(qiáng)迫安裝方法。冷縮安裝將緊固件通過干冰、液氧或液氮進(jìn)行冷卻，使其收縮后進(jìn)行裝配，由于采用液體氮作為冷縮劑，成本較高。同時(shí)對(duì)于干涉量較大的緊固件安裝，純粹靠冷縮并不能順利安裝。強(qiáng)迫安裝則采用鉚槍錘擊打入的方式安裝干涉配合緊固件。緊固件容易屈服，安裝存在一定困難。電磁鉚接安裝方法能夠在很短的時(shí)間內(nèi)完成安裝，同時(shí)釘桿膨脹比較均勻，減少安裝損傷。干涉配合螺接的方法，與間隙連接比較，通常提高接頭結(jié)構(gòu)壽命約2倍。而孔冷擠壓強(qiáng)化通常采用芯棒直接擠壓或開縫襯套冷擠壓，芯棒直接冷擠壓是將帶錐度的芯棒插入孔，然后實(shí)施力，使芯棒強(qiáng)行穿過孔。芯棒直接擠壓容易出現(xiàn)芯棒斷裂、孔超差和粗糙度高等問題。開縫襯套冷擠壓是通過將錐形芯棒，強(qiáng)行拉過內(nèi)部預(yù)潤滑的不銹鋼襯套，襯套徑向擴(kuò)張，使孔周壓縮，完成后襯套被廢棄。效率高、易實(shí)施，對(duì)孔壁損傷小。開縫襯套冷擠壓強(qiáng)化方法與間隙連接比較，通常提高接頭結(jié)構(gòu)壽命約3倍以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決普通的目前結(jié)構(gòu)分離面通常采用機(jī)械連接方式，由于合金的缺口敏感性高，在承受交變載荷時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而斷裂的問題。本發(fā)明提供了一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，該合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法采用開縫襯套冷擠壓強(qiáng)化與干涉螺接組合的強(qiáng)化方法，能夠大幅度提高連接結(jié)構(gòu)的疲勞性能，滿足飛機(jī)制造業(yè)的要求。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1、根據(jù)干涉量、強(qiáng)化量、干涉螺栓的直徑，設(shè)計(jì)初孔直徑和終孔直徑；
[0007]步驟2、根據(jù)步驟I中的該初孔直徑在合金板的表面制初孔；
[0008]步驟3、對(duì)所述初孔進(jìn)行冷擠壓形成所述終孔；
[0009]步驟4、在所述終孔中進(jìn)行干涉螺栓安裝。
[0010]在步驟I中，所述干涉量為0.05mm~0.14mm，強(qiáng)化量為3%~5 %，干涉螺栓的直徑 10mnin
[0011 ] 該初孔直徑為9.45mm,所述終孔直徑為9.83mm~9.92mm。
[0012]在步驟3中，所述冷擠壓為開縫襯套冷擠壓工藝，所述冷擠壓采用手提式拉槍和氣液增壓泵。
[0013]在步驟3后還包括鉸終孔，所述鉸終孔包括步驟:
[0014]步驟3.1、將上下層疊的合金板和墊板放置在機(jī)床的操作臺(tái)上，將定位銷裝入鉆夾頭后使定位銷插入合金板的所述終孔，定位銷的直徑與所述終孔的直徑相對(duì)應(yīng)，定位銷的表面沿軸向設(shè)有與所述終孔內(nèi)的軸向凸脊相匹配的軸向凹槽，定位銷上軸向凹槽的位置與所述終孔內(nèi)軸向凸脊的位置相對(duì)應(yīng)；
[0015]步驟3.2、在機(jī)床的操作臺(tái)上固定合金板和墊板，使定位銷從所述終孔中離開；
[0016]步驟3.3、用鉸刀替換定位銷裝入鉆夾頭；[0017]步驟3.4、鉸刀鉸所述終孔。
[0018]機(jī)床為鉆床或銑床。
[0019]在所述鉸終孔后對(duì)該終孔靠近預(yù)裝干涉螺栓頭的一側(cè)制倒角或倒圓。
[0020]定位銷的直徑比所述終孔的直徑小0.02mm以內(nèi)。
[0021]軸向凸脊的寬度比凹槽的寬度小0.1mm以內(nèi)，軸向凸脊的高度比凹槽的深度小
0.1mm以內(nèi)。
[0022]在步驟4中，采用電磁鉚接設(shè)備進(jìn)行干涉螺栓安裝。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:該合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法組合了孔冷擠壓強(qiáng)化工藝實(shí)施性好、效率高、以及電磁鉚接干涉安裝方法損傷小、膨脹較均勻的特點(diǎn)，極大地提高了7050-T7451鋁合金結(jié)構(gòu)孔的抗疲勞性能。經(jīng)本發(fā)明處理的7050-T7451鋁合金板的疲勞壽命比間隙連接的疲勞壽命提高10.5倍，而且工藝操作簡便，利于生產(chǎn)控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0025]圖1是對(duì)所述初孔進(jìn)行冷擠壓形成后的所述終孔的示意圖。
[0026]圖2是定位銷的俯視圖。
[0027]圖3是步驟3.1的示意圖。
[0028]圖4是步驟3.2的示意圖。
[0029]圖5是步驟3.3的示意圖。
[0030]圖6是步驟3.4的示意圖。
[0031]其中1.墊板,11.定位孔,2.鉸刀,3.定位銷,31.軸向凹槽,4.操作臺(tái)，5.機(jī)床，
6.鉆夾頭，7.合金板，71.終孔，20.軸向凸脊。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于，所述合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法包括以下步驟:[0033]步驟1、根據(jù)干涉量、強(qiáng)化量、干涉螺栓的直徑，設(shè)計(jì)初孔直徑和終孔直徑；
[0034]步驟2、根據(jù)步驟I中的該初孔直徑在合金板的表面制初孔；
[0035]步驟3、對(duì)所述初孔進(jìn)行冷擠壓形成所述終孔；
[0036]步驟4、在所述終孔中進(jìn)行干涉螺栓安裝。
[0037]具體的,在步驟I中，所述干涉量為0.05mm~0.14mm,強(qiáng)化量為3%~5%,干涉螺栓的直徑10mm。即如表1所示進(jìn)行設(shè)計(jì):
[0038]表1
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于，所述合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法包括以下步驟: 步驟1、根據(jù)干涉量、強(qiáng)化量、干涉螺栓的直徑，設(shè)計(jì)初孔直徑和終孔直徑； 步驟2、根據(jù)步驟I中的該初孔直徑在合金板的表面制初孔； 步驟3、對(duì)所述初孔進(jìn)行冷擠壓形成所述終孔； 步驟4、在所述終孔中進(jìn)行干涉螺栓安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:在步驟I中，所述干涉量為0.05mm~0.14mm,強(qiáng)化量為3%~5%,干涉螺栓的直徑10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:該初孔直徑為9.45mm,所述終孔直徑為9.83mm~9.92mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:在步驟3中，所述冷擠壓為開縫襯套冷擠壓工藝，所述冷擠壓采用手提式拉槍和氣液增壓泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:在步驟3后還包括鉸終孔，所述鉸終孔包括步驟: 步驟3.1、將上下層疊的合金板(7)和墊板(I)放置在機(jī)床(5)的操作臺(tái)(4)上，將定位銷(3)裝入鉆夾頭(6)后使定位銷(3)插入合金板(7)的所述終孔，定位銷(3)的直徑與所述終孔的直徑相對(duì)應(yīng)，定位銷(3)的表面沿軸向設(shè)有與所述終孔內(nèi)的軸向凸脊(20)相匹配的軸向凹槽(31)，定位銷(3)上軸向凹槽(31)的位置與所述終孔內(nèi)軸向凸脊(20)的位置相對(duì)應(yīng)； 步驟3.2、在機(jī)床(5)的操作臺(tái)(4)上固定合金板(7)和墊板(I)，使定位銷(3)從所述終孔中離開； 步驟3.3、用鉸刀(2)替換定位銷(3)裝入鉆夾頭(6)； 步驟3.4、鉸刀(2)鉸所述終孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:機(jī)床(5)為鉆床或統(tǒng)床。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:在所述鉸終孔后對(duì)該終孔靠近預(yù)裝干涉螺栓頭的一側(cè)制倒角或倒圓。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:定位銷(3)的直徑比所述終孔的直徑小0.02mm以內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:軸向凸脊(20)的寬度比凹槽(31)的寬度小0.1mm以內(nèi)，軸向凸脊(20)的高度比凹槽(31)的深度小0.1mm以內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金結(jié)構(gòu)孔的組合強(qiáng)化方法，其特征在于:在步驟4中，采用電磁鉚接設(shè)備進(jìn)行干涉螺栓安裝。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103952651SQ201410200643
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】趙慶云, 劉風(fēng)雷, 黃宏, 劉華東 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所