CN217798140U - 一种开缝衬套和与其相配套的冷挤压芯棒 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开缝衬套和与其相配套的冷挤压芯棒。开缝衬套包括衬套壁,衬套壁卷曲成筒状的衬套套筒,衬套壁两侧边缘相互重叠形成搭边区,搭边区具有与衬套套筒相同的弧度;衬套套筒顶部设置有翻边,衬套套筒内侧设置有干膜润滑剂层。冷挤压芯棒包括棒体以及设置于棒体两端的挤压头和连接头;挤压头包括呈锥状的前引导段、工作段和后引导段。本实用中的装置不仅能够使拉伸冷挤压过程的力分散更加均匀和平稳,而且能够有效地防止开缝衬套翻边处出现断裂及保护孔的边缘不受损伤,同时可以减小芯棒与开缝衬套之间的摩擦力,避免出现芯棒卡死的问题,从而更加有效地实现开缝衬套对孔的冷挤压强化作用。
Description
技术领域
本实用新型属于冷挤压工装技术领域,具体涉及一种开缝衬套和与其相配套的冷挤压芯棒。
背景技术
现代飞机的营运环境一般较为复杂,会受到外部载荷、环境、人为因素以及经济等各方面的限制,为使飞机能适应这些运营环境的剧烈变化,并延长飞机的服役期,FAR25.571附录45中强制要求在飞机结构主要部件设计中使用“失效安全标准”,同时在维护计划中加入“损伤容限”的检查要求。
通常情况下,采用冷挤压工艺提高连接件寿命,冷挤压是对飞机零/组件装配各类连接紧固件的强化工艺,能对强化孔的表层施加有效的残余压应力,大幅提高孔的耐疲劳抗裂纹性能。而冷挤压孔通常需要利用衬套来实现,因此衬套是基于损伤容限要求而开发并发展的。通过衬套的应用,不仅可以改善紧固件孔的疲劳寿命,而且可以大大缩短飞机的维修寿命。
由于使用开缝衬套进行冷挤压比使用芯棒直接冷挤压的疲劳寿命要高,因此,孔挤压强化技术主要采用开缝衬套冷挤压强化。现有技术中的开缝衬套边缘重叠部分基本上成平直状态,或者和开缝衬套主体曲面曲率尺寸不一样,在挤压过程中并不能与孔壁紧密贴合,开缝衬套受挤压的力分散不均,会对孔挤压强化效果产生不利影响;另外,现有技术中的开缝衬套内壁并没有均匀分布的干膜润滑剂层,芯棒在挤压过程中会由于摩擦力太大而出现卡死的现象;同时,在现有技术中,开缝衬套顶部的翻边与筒体之间以直边的形式过渡,在挤压过程中不仅容易对孔的边缘造成损伤,而且强度较低,挤压受力时容易破裂,严重影响挤压效果和效率。
实用新型内容
针对上述现有技术,本实用新型提供一种开缝衬套和与开缝衬套相配套的冷挤压芯棒,以解决开缝衬套挤压时受力不均、芯棒容易卡死以及翻边容易破裂和会损伤孔边缘的问题。
为了达到上述目的,本实用新型所采用的技术方案是:提供一种开缝衬套,包括用高强高韧材料制成的衬套壁,衬套壁卷曲成筒状的衬套套筒,衬套壁两侧边缘相互重叠形成搭边区,搭边区具有与衬套套筒相同的弧度;衬套套筒顶部设置有翻边,翻边与衬套套筒之间以弧面过渡;衬套套筒内侧设置有厚度为10~60μm的干膜润滑剂层。
本实用采取上述技术方案的有益效果是:本实用中的开缝衬套壁卷曲成筒状,并且边缘相互重叠形成搭边区,搭边区使开缝衬套具有优良的变形能力,开缝衬套的塑形变形能力得以提升,能够在受到芯棒挤压时产生形变以对孔内壁进行挤压强化。
本实用中的搭边区具有与衬套套筒相同的弧度,搭边区重合紧密,使衬套套筒形成规则的圆筒,在衬套套筒插入待强化的孔中时,衬套套筒侧壁与孔壁紧密接触,插入衬套套筒中的芯棒也能与衬套套筒内壁紧密接触,挤压过程中衬套套筒各部位受力相同,孔壁各部位的受力均匀,孔的紧固强化效果更好。
本实用中翻边与衬套套筒之间以弧面过渡,相比于现有技术中以直边过渡的方式,弧面过渡不仅能够更好的保护待强化孔的边缘,不会出现由于力过大而造成孔边缘损伤的情况;而且弧面过渡使翻边与衬套套筒连接强度更高,在受较大外力挤压时也不会出现破裂,不会影响挤压效果。
本实用在衬套套筒内侧设置干膜润滑剂层,提升衬套套筒的润滑性能,能够有效减小挤压过程中芯棒与衬套套筒之间的摩擦力,避免芯棒卡死。
在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。
进一步,衬套壁的厚度为0.1~0.8mm。
进一步,衬套套筒的长度为5~80mm;其在套入芯棒后成为一个圆筒时的内径为4~45mm。
进一步,翻边的宽度为1~3mm。
进一步,翻边与衬套套筒之间的弧面的曲率半径为0.1~0.5mm。
进一步,翻边与衬套套筒之间的夹角为90~150°。
进一步,搭边区的最大宽度不超过3mm。
进一步,翻边与衬套套筒一体成型。
进一步,衬套套筒为锥形筒,锥形筒的成型锥度为1~3°。
本实用还公开了一种冷挤压芯棒,该冷挤压芯棒与上述开缝衬套配套使用。冷挤压芯棒包括棒体以及设置于棒体两端的挤压头和连接头;挤压头包括呈锥状的前引导段和后引导段以及设置于引导段和后引导段之间的工作段,前引导段的锥度为1~5°,后引导段的锥度为20~80°;工作段的直径为小于待挤压孔的初孔直径,且大于棒体的直径,其长度为0~10mm。
进一步,棒体和挤压头的表面粗糙度低于0.3μm;开缝衬套套入棒体后开缝衬套的开缝宽度不超过0.15mm。
本实用新型的有益效果是:本实用通过改变开缝衬套搭边区的结构、翻边和衬套套筒之间的过渡方式以及在衬套套筒内侧设置干膜润滑剂层,不仅能够使拉伸挤压过程的力分散更加均匀,而且能够有效保护孔的边缘不受损伤、避免翻边在挤压过程中破裂,同时可以减小芯棒与开缝衬套之间的摩擦力,避免出现芯棒卡死的问题。利用本实用中的开缝衬套进行孔紧固孔冷挤压强化,在拉伸挤压过程中,芯棒拉伸挤压在孔壁产生压应力区,在交变载荷的作用下,延缓疲劳裂纹的产生,从而可以提高孔的疲劳寿命。
附图说明
图1为本实用开缝衬套的主视图;
图2(a)为开缝衬套插入芯棒后的主视图;图2(b)为图2(a)的A-A剖视图;
图3为图1中A部放大图;
图4为开缝衬套的主剖视图;
图5为开缝衬套的底部视图;
图6为冷挤压芯棒的主视图;
其中,1、衬套套筒;2、搭边区;3、翻边;4、干膜润滑剂层;5、棒体;6、连接头;7、挤压头;8、前引导段;9、工作段;10、后引导段;N、翻边与衬套套筒之间的夹角;B、衬套套筒的成型锥度;R、弧面的曲率半径。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的实施例中,如图1~6所示,提供一种开缝衬套以及与开缝衬套配合使用的冷挤压芯棒。如图1、4和5所示,本实用中的开缝衬套包括用高强高韧材料制成的衬套壁,衬套壁的厚度为0.1~0.8mm。采用卷圆工具将衬套壁卷曲成筒状的衬套套筒1,其长度为5~80mm;在卷圆过程中,如图1和5所示,使衬套壁两侧边缘相互重叠形成搭边区2,并且,为了使搭边区2重合紧密,同时使冷挤压芯棒插入后衬套套筒1侧壁能够紧密贴合芯棒,在卷圆时所形成的搭边区2具有与衬套套筒1相同的弧度,也就是说在插入冷挤压芯棒后,衬套套筒1能够变形形成完美的圆筒,如图2所示;衬套套筒1在受挤压变形成圆筒时的内径为4~45mm。为了在挤压过程中形成交变载荷,在本实用的一种优选实施例中,如图4所示,将衬套套筒1设置成锥形筒,锥形筒的成型锥度B为1~3°。
如图1和3所示,衬套套筒1顶部采用一体成型等方式设置有翻边3,翻边3的宽度为1~3mm,并且,翻边3与衬套套筒之间的夹角N为90~150°。在本实用的一种优选实施例中,为了避免在拉伸挤压过程中孔的边缘出现损伤的情况,并且提升套筒强度,本实用中翻边3与衬套套筒1之间以弧面过渡,该弧面的曲率半径R为0.1~0.5mm。
如图4所示,为了减小挤压过程中芯棒与衬套套筒之间的摩擦力,避免芯棒卡死,本实用除要求挤压芯棒具有规定的表面粗造度外,在衬套套筒1内侧设置有厚度为10~60μm的干膜润滑剂层4,干膜润滑剂层4的材质为二硫化钼等具有高负荷环境下耐磨润滑材料,其可以在衬套壁卷圆成型之前采用喷涂的方式涂覆到衬套材料的一侧,也可以在衬套壁卷圆成型中同时喷涂方式,也可以在卷圆完成后再采用喷涂或浸涂等方式制备干膜润滑剂层4。
如图6所示,本实用中与开缝衬套配合使用的冷挤压芯棒包括棒体5以及设置于棒体5两端的挤压头7和连接头6,连接头上设置有外螺纹,以便于与挤压设备进行连接。挤压头7包括呈锥状的前引导段8和后引导段10以及位于前引导段8和后引导段10之间的工作段9,前引导段8的锥度为1~5°,后引导段10的锥度为20~80°,工作段9的直径为小于待挤压孔的初孔直径,且大于棒体5的直径,其长度为0~10mm。为了进一步减小冷挤压芯棒与开缝衬套之间的摩擦力,控制棒体5和挤压头7的表面粗糙度在0.3μm以下,同时为了保证挤压头7的稳定性,前引导段8、后引导段10以及工作段9一体成型。
采用本实用中的开缝衬套和冷挤压芯棒进行孔的冷挤压强化方法的操作过程,具体操作如下:
步骤1:将冷挤压芯棒通过连接头6连接到挤压设备上,然后将开缝衬套套装到冷挤压芯棒的棒体5上,开缝衬套套入棒体5后开缝衬套两端的开缝宽度不超过0.15mm;开缝衬套设置有翻边3的一端朝向挤压设备;
步骤2:使冷挤压芯棒的挤压头7从待加工的孔中穿过,然后将棒体5上的开缝衬套插入到孔中;再通过挤压设备对冷挤压芯棒施加轴向拉力,使冷挤压芯棒的工作段9在穿过开缝衬套的过程中,对开缝衬套进行冷挤压,开缝衬套受冷挤压芯棒的挤压而膨胀,待挤压强化的孔在开缝衬套的挤压下发生弹性变形,完成孔的紧固强化。
虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述,但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内,本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种开缝衬套,其特征在于:包括用高强高韧材料制成的衬套壁,所述衬套壁卷曲成筒状的衬套套筒(1),所述衬套壁两侧边缘相互重叠形成搭边区(2),所述搭边区(2)具有与所述衬套套筒(1)相同的弧度;所述衬套套筒(1)顶部设置有翻边(3),所述翻边(3)与衬套套筒(1)之间以弧面过渡;所述衬套套筒(1)内侧设置有厚度为10~60μm的干膜润滑剂层(4)。
2.根据权利要求1所述的开缝衬套,其特征在于:所述衬套壁的厚度为0.1~0.8mm。
3.根据权利要求2所述的开缝衬套,其特征在于:所述衬套套筒(1)的长度为5~80mm,其在套入芯棒后成为一个圆筒时的内径为4~45mm。
4.根据权利要求3所述的开缝衬套,其特征在于:所述翻边(3)的宽度为1~3mm。
5.根据权利要求1所述的开缝衬套,其特征在于:所述翻边(3)与衬套套筒(1)之间的弧面的曲率半径(R)为0.1~0.5mm。
6.根据权利要求5所述的开缝衬套,其特征在于:所述翻边(3)与衬套套筒之间的夹角(N)为90~150°。
7.根据权利要求1所述的开缝衬套,其特征在于:所述搭边区(2)的最大宽度不超过3mm。
8.根据权利要求7所述的开缝衬套,其特征在于:所述衬套套筒(1)为锥形筒,所述锥形筒的成型锥度(B)为1~3°。
9.一种与权利要求1~8任一项所述的开缝衬套配套使用的冷挤压芯棒,其特征在于:所述冷挤压芯棒包括棒体(5)以及设置于所述棒体(5)两端的挤压头(7)和连接头(6);所述挤压头(7)包括呈锥状的前引导段(8)和后引导段(10)以及设置于所述前引导段(8)和后引导段(10)之间的工作段(9),所述前引导段(8)的锥度为1~5°,所述后引导段(10)的锥度为20~80°;所述工作段(9)的直径为小于待挤压孔的初孔直径,且大于棒体(5)的直径,其长度为0~10mm。
10.根据权利要求9所述的冷挤压芯棒,其特征在于:所述棒体(5)和挤压头(7)的表面粗糙度低于0.3μm;开缝衬套套入棒体(5)后开缝衬套两端的开缝宽度不超过0.15mm。
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