本發(fā)明涉及的是一種機械加工領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種提高飛行器螺釘孔技術(shù)壽命的方法及裝置。

背景技術(shù)：

在建設(shè)現(xiàn)代化工程項目中，保證可靠性和高的技術(shù)壽命是主要任務(wù)之一?，F(xiàn)代航空飛機機體故障12～30％是由于聯(lián)接失效造成的。飛機結(jié)構(gòu)的可靠性和長壽命取決于更多孔零件和機體結(jié)構(gòu)件疲勞強度。在操作過程中損壞主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中源處。對續(xù)航力甚至使用零件試驗研究結(jié)果表明，確定第一序列零件壽命是螺釘連接，由于應(yīng)力集中產(chǎn)生疲勞裂紋源。在螺釘連接區(qū)域受力零件產(chǎn)生疲勞裂紋，在交變載荷和相互接觸作用下裂紋迅速擴展，引起零件變形和微位移。在現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)中大量使用螺釘連接，其中50～70％用于高負荷區(qū)域。這些連接壽命極大程度取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)、孔的成形方法、螺釘裝配、螺釘在孔中配合特征、連接擰緊參數(shù)、表面接觸特性。所以，保證其規(guī)定連接的長壽命是結(jié)構(gòu)‐工藝。

影響螺釘連接壽命的主要參數(shù)包括：螺釘在孔中配合指標、螺孔的強化加工、由于螺釘擰緊被連接零件軸向拉伸、完成連接的工藝過程精度、穩(wěn)定性以及由相互作用產(chǎn)生負荷和殘余應(yīng)力數(shù)值確定的螺釘連接區(qū)域應(yīng)力‐應(yīng)變狀態(tài)特征，該負荷及數(shù)值是螺釘在孔中向下擰緊時由于徑向過盈產(chǎn)生的。

現(xiàn)有的擴孔工藝的缺點包括：擴孔后孔徑偏差超過規(guī)定使用名義偏差、碾壓工構(gòu)成復(fù)雜性，碾壓質(zhì)量難以控制、不可能建立碾壓工可靠隊伍結(jié)構(gòu)，以加工直徑小于8mm孔、必須定期調(diào)整碾壓工以保證孔規(guī)定的加工精度。在擴孔過程中，必須支持軸向進給量在0.4—0.8mm/轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。若更小的進給量將導(dǎo)致輥子對孔表面同一地方反復(fù)碾壓，造成孔表面過冷作硬化并起皮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有擴孔工藝存在的上述不足，提出一種提高飛行器螺釘孔技術(shù)壽命的方法及裝置，能夠建立更有益的應(yīng)力‐應(yīng)變狀態(tài)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明首先對已鉆有通孔的待強化聯(lián)接件，采用帶有輥子的鉸刀進行擴孔，在獲得通孔后再采用紡錘形芯棒進行強化處理，在芯棒通過孔的拉擠下，螺釘孔經(jīng)過彈塑性變形，在孔的附近建立了壓縮殘余應(yīng)力，實現(xiàn)用芯棒擠壓方法強化孔。

所述的擴孔，軸向進給量在0.4～0.8mm/轉(zhuǎn)以避免孔表面過冷作硬化并起皮。

為了減低芯棒擠壓劇烈粘附過程，優(yōu)選在強化處理前采用潤滑材料，該潤滑劑應(yīng)該保證流體動力學(xué)摩擦規(guī)范：動力粘度應(yīng)該超過200Pa·s(例如，水基細石墨)。

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)上述工藝的鉸刀芯棒復(fù)合工具，包括位于頂部的鉸刀部分以及位于中部的芯棒部分，其中：鉸刀部分的頂部設(shè)有定鍵銷，側(cè)面設(shè)有若干條軸向的圓柱形輥子。

所述的芯棒部分由工具鋼或高速鋼制造，其硬度大于等于HRC62‐64。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工藝得到的螺孔試驗結(jié)果表明，在芯棒碾壓孔中裝配螺釘，提高螺釘連接壽命到3～5倍；通過本發(fā)明復(fù)合工具則能夠進一步將加工量下降到1/2～1/3。

附圖說明

圖1由超硬鋁合金7075帶有芯棒強化孔試樣壽命與芯棒過盈量，在試驗條件下名義拉擠應(yīng)力關(guān)系示意圖，

圖中：1、2、3分別對應(yīng)名義應(yīng)力為σ_m＝120、150、180MPa；

圖2為螺釘連接試樣壽命與在芯棒強化孔中過盈量和試驗中名義拉應(yīng)力關(guān)系示意圖；

圖中：1、2、3分別對應(yīng)名義拉應(yīng)力為σ_m＝120、150、180MPa；

圖3孔彈性變形與芯棒過盈量關(guān)系示意圖；

圖4為擴徑工具示意圖；

圖中：a)為擴徑工具結(jié)構(gòu)；b)為芯棒，1鉸刀、2輥子、3、5待聯(lián)接板材、4芯棒；

圖5為鉸刀‐芯棒復(fù)合工具略圖；

圖中：6定鍵銷、7鉸刀、8彈簧螺釘、9芯棒、10刀桿、11刀柄；

圖6為具有3％過盈量的芯棒擠壓時，所需軸向力和芯棒直徑關(guān)系示意圖。

具體實施方式

本實施例首先將鉆過孔的兩個被聯(lián)接件，通過帶有輥子的鉸刀進行擴孔，在獲得通孔后再采用紡錘形芯棒進行強化處理，在芯棒通過孔的拉擠下，螺釘孔經(jīng)過彈塑性變形，在孔的附近建立了壓縮殘余應(yīng)力，實現(xiàn)用芯棒擠壓方法強化孔。

所述的芯棒能夠建立殘余壓應(yīng)力150～350MPa，最大殘余壓應(yīng)力值位于距離孔壁表面0.2～0.3mm處，壓應(yīng)力深度達到1.5～2.5mm。

所述的芯棒由工具鋼或高速鋼制造，其硬度大于等于HRC62‐64。在芯棒與加工材料接觸區(qū)域，由于粘附硬化使芯棒發(fā)生磨損。這時觀測到芯棒表面和加工孔壁粗糙度惡化。為了減低芯棒擠壓劇烈粘附過程，推薦擠壓時運用潤滑材料，該潤滑劑應(yīng)該保證流體動力學(xué)摩擦規(guī)范。在這樣情況下，動力粘度應(yīng)該超過200Pa·s(例如，水基超細石墨)。

所述的芯棒在磨損后可用拋光方法修復(fù)到其允許的極限偏差范圍內(nèi)。

如圖1所示，由超硬鋁合金7075試樣孔徑8mm，用自由芯棒擴孔試驗結(jié)果表明，芯棒過盈量3～3.5％孔徑，試樣壽命提高到3～5倍。

類似的結(jié)果在雙排的雙剪切螺釘連接試樣中獲得。試樣的材料為超硬鋁合金7075，芯棒過盈量依次為1.2、2.4和3.6％。最終用芯棒擴孔單邊公差為0.02～0.04mm。擴孔后孔徑偏差沒有超過H7極限偏差。螺釘直徑8mm，安裝孔隙為0～0.03μm。實際用16Nm扭矩擰緊螺釘。試驗在名義拉應(yīng)力為130、150、180MPa和非對稱循環(huán)系數(shù)R＝0.1條件下進行的。

如圖2所示，在芯棒碾壓孔中裝配螺釘提高螺釘連接壽命到3倍。過盈最佳值(從提高壽命觀點)與有效應(yīng)力值有關(guān)，因此過盈值應(yīng)該預(yù)先考慮出現(xiàn)在零件結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力與零件實際使用負荷。

用芯棒強化孔徑范圍，對鋁合金為據(jù)達到結(jié)構(gòu)壽命條件，過盈量范圍為0.5～4％孔徑。

芯棒擠壓后孔的精度，一般不超過9～10級。這是以下條款為條件的。首先，芯棒擠光之后如圖3所示，孔徑彈性恢復(fù)數(shù)值偏差以及第二，圓柱孔偏差，近孔緣區(qū)域以小變形為條件的。

如圖4和5所示，為本實施例實現(xiàn)上述工藝的鉸刀芯棒復(fù)合工具，包括位于頂部的鉸刀部分7以及位于中部的芯棒部分9，其中：如圖4a所示的鉸刀部分7的頂部設(shè)有定鍵銷6，側(cè)面設(shè)有若干條軸向的圓柱形輥子2。

所述的鉸刀部分的外徑為：D_j＝d₀(1+δ₁％)，其中：D_j為旋轉(zhuǎn)擴孔后內(nèi)徑，δ₁為擠壓前孔徑彈性回復(fù)百分比，其范圍為0.1～1.0，d₀為初始加工孔徑，mm。

所述的輥子為圓柱體結(jié)構(gòu)。

如圖4b所示，所述的芯棒部分為紡錘形結(jié)構(gòu)，包括：頭部、中部和尾部，其中：頭部為圓臺形結(jié)構(gòu)，其傾角α滿足45°，中部為柱體結(jié)構(gòu)；中部外徑D_k考慮到孔徑在芯棒擠壓通過后彈性回復(fù)，D_k＝d₀(1+δ₂％)，其中：D_k為實際使用芯棒零件直徑，mm；d₀為初始鉆孔孔徑，mm；δ₂為擠壓后孔徑彈性回復(fù)百分比，其范圍為3～3.5，可依據(jù)圖3計算，例如，過盈量為2％，彈性回復(fù)值約為孔徑0.75％；尾部外徑逐步遞減。圖4b中的d_q為鉸孔后彈性回復(fù)后內(nèi)徑。

所述的芯棒部分由工具鋼或高速切削鋼制造，其硬度大于等于HRC62‐64。

如圖6所示，為了實現(xiàn)孔同時鉸和擠，芯棒部分應(yīng)該緊挨著旋轉(zhuǎn)的鉸刀，軸向力施加在芯棒上，力的大小取決于芯棒零件的主軸直徑。

上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。