[发明专利]一种带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒及孔挤压强化方法

说明书

本发明提供了一种带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒及孔挤压强化方法，所述套筒外表面设有螺旋形的凹槽，所述套筒外表面均布若干凹微织构和凸微织构。所述凹微织构与凸微织构间隔分布。所述凹微织构内涂覆添加纳米固体润滑颗粒的润滑油。所述套筒内壁设有涂层。本发明的螺旋开缝衬套表面具有凹凸相间的微织构，凸微织构在进行旋转加工时进一步加工孔内壁，不需要进行铰削，提高了加工的连续性；凹坑微织构存储有添加了纳米二硫化钼的润滑油，在芯棒轴向进给以及芯棒与套筒一同旋转两个过程中减小对孔内壁造成的犁沟破坏。

技术领域

本发明涉及零件表面强化处理技术领域，特别涉及一种带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒及孔挤压强化方法。

背景技术

螺栓连接孔是飞机发动机盘件连接的重要方式，飞机在服役过程中孔边存在严重的应力集中，孔结构十分容易发生疲劳断裂而失效，甚至引发灾难性航空事故，因此如何提高孔结构的疲劳强度，延长使用寿命已经演变成航空业关键技术问题之一。

现在的表面强化手段主要包括激光技术，喷丸和孔挤压等技术。挤压技术由于操作简单、效果显著等优势，成为提高孔结构疲劳强度的重要手段之一。典型的孔挤压强化方法是用一定过盈量的锥形芯棒从孔的一端挤入，另一端挤出，从而使孔壁表面发生塑性变形，在孔壁表层引入高幅值的残余压应力，降低孔结构在外力载荷下产生应力过于集中提高疲劳性能。

目前常见的孔挤压方法主要有：孔口挤压，芯棒直接挤压，球挤压，开缝衬套挤压。其中孔口挤压仅能对孔口附近进行强化，板厚时中间位置难以强化；芯棒直接挤压工具和工艺较为简单，但是难以实现较大的挤压量；球挤压相对于芯棒挤压，其摩擦力更小，适用于小直径大深度连接孔的强化。但球挤压不正确使用反而会在挤入端引入残余拉应力，有损疲劳寿命；开缝衬套挤压通过开缝衬套可以实现高挤压量，但开缝会残留凸脊。如CN201320578759.9中所述的一种新型开缝衬套挤压强化方法，开缝衬套挤压由于芯棒与孔壁不直接接触，避免了孔壁的轴向划伤，但是开缝衬套残留的凸脊需要进行进一步的铰削，造成了加工的不连续性，容易释放有益的残余压应力。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒及孔挤压强化方法，将织构技术应用于孔挤压开缝套筒表面，形成具有规则排布的凹凸相间的织构形貌，凸起织构在旋转挤压过程中进一步对孔壁进行强化，凹坑织构用来存储润滑剂，减小轴向进给和旋转挤压过程中对孔壁造成的犁沟破坏，从而进一步提升孔结构的疲劳寿命。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒，所述套筒外表面设有螺旋形的凹槽，所述套筒外表面均布若干凹微织构和凸微织构。

进一步，所述凹微织构与凸微织构间隔分布。

进一步，所述凹微织构为凹坑，所述凹坑直径d为50-200μm，所述凹坑深度h为1-10μm，所述凹坑间距k1为100-2000um，所述凹坑的面积占有率为S1＝15％-30％。

进一步，所述凸微织构为凸点，所述凸点直径D为50-200μm，所述凸点高度H为5-10μm，所述凸点间距k2为100-2000μm，所述凸点的面积占有率为S2＝15％-30％。

进一步，所述凹微织构内涂覆添加纳米固体润滑颗粒的润滑油。

进一步，所述套筒内壁设有涂层。

进一步，所述涂层为二硫化钼或聚四氟乙烯。

一种孔挤压强化方法，包括如下步骤：

使用所述的带有凹凸相间微织构的螺旋开缝套筒插入需强化孔；

将锥形芯棒沿轴向推入所述螺旋开缝套筒的内孔，通过使螺旋开缝套筒径向膨胀，用于挤压需强化孔内壁；