[发明专利]一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法

说明书

本发明提出了一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法，属于薄壁结构件孔壁增厚技术领域，特别是涉及一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法。解决了薄壁结构件制备孔时，采用焊接螺母易引起板材烧穿或螺母烧损、采用冲压翻边易导致材料开裂的问题。它包括设计制造摩擦拉拔头和成型模具、开设预置孔、部件的定位安装、摩擦拉拔增厚孔壁。它主要用于薄壁结构件原位增大孔壁厚。

技术领域

本发明属于薄壁结构件孔壁增厚技术领域，特别是涉及一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法。

背景技术

机械连接已被广泛应用于航空航天，轨道交通和船舶等领域。其中，薄壁结构件的连接不可避免。但是由于壁厚较薄极大地限制了螺纹圈数，易导致零件在使用过程中出现松动，引起零件报废或出现安全事故。曾经有人提出在薄板上焊接螺母的方法，但因板材厚度较薄且螺母较小，经常发生板材烧穿或螺母烧损的出现，此外，螺母的引入不利于减重且增加额外花费。目前，一种较常用的方式是冷冲压翻边工艺，但冷冲应力易导致材料开裂，严重影响产品质量和生产进度。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种原位增大孔壁厚的双层同步摩擦拉拔方法，它包括以下步骤：

步骤一：根据板材设计孔形尺寸设计制造摩擦拉拔头和成型模具的形状，所述摩擦拉拔头包括拉拔杆和拉拔轴肩，所述拉拔轴肩为圆台形结构，圆台形最小直径处与拉拔杆相连，圆台形最大直径为d2，所述成型模具上开设有通孔，通孔由圆台形孔和圆柱形孔组成，圆柱形孔直径d4大于等于拉拔杆最小直径d1；

步骤二：在双层板材待制备孔位置开设圆孔，圆孔直径d大于等于拉拔杆最小直径d1；

步骤三：将摩擦拉拔头中的拉拔杆穿过双层板材的待制备孔和成型模具上开设的通孔，使双层板材待制备孔与摩擦拉拔头的轴线重合，组合后共同安装到焊机上，摩擦拉拔头中的拉拔轴肩与成型模具之间的间距为待制备孔的增厚尺寸；

步骤四：驱动摩擦拉拔头旋转，使摩擦拉拔头以一定的旋转速率和拉拔速度向上抬起，摩擦拉拔头与周围材料摩擦形变产热使双层板材金属发生塑化，呈塑性的金属在摩擦拉拔头向上抬起产生的拉力作用下发生拉伸变形，当塑性的金属与成型模具圆台形孔接触并受到限制时，摩擦拉拔头停止向上抬起，保持摩擦拉拔头旋转并停留1-200秒；

步骤五：摩擦拉拔头停止旋转，将摩擦拉拔头和成型模具分离，完成双层板材的孔壁增厚。

更进一步的，所述摩擦拉拔头和成型模具的材料为铝、钢、硬质合金或陶瓷。

更进一步的，所述双层板材厚度为0.3-3mm，预制备圆孔直径d大于等于拉拔轴肩圆台形最大直径d2的1/10，小于拉拔轴肩圆台形最大直径d2。

更进一步的，所述双层板材厚度大于3mm，预制备圆孔直径d大于等于拉拔轴肩圆台形最大直径d2的1/2，小于拉拔轴肩圆台形最大直径d2。

更进一步的，所述双层板材维氏硬度不高于200Hv且厚度不大于1mm，摩擦拉拔头旋转速率为100-10000rpm，拉拔速度为0.1-50mm/min，停留时间为1-100s。

更进一步的，所述双层板材维氏硬度高于200Hv或厚度大于1mm，摩擦拉拔头旋转速率为500-10000rpm，拉拔速度为0.1-20mm/min，停留时间为5-200s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过非消耗式摩擦拉拔头与双层板材待制备孔摩擦产热引起板材金属塑化，使其具有良好的成型性，并在成型模具作用下得到所需局部增厚孔壁，是一种低温热加工方法；