腐蝕孔的擴孔復合強化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及孔表面損傷修復與強化領(lǐng)域，具體而言，涉及一種腐蝕孔的擴孔復合強化方法。其為先通過對被處理孔的孔壁進行拋光，用于去除腐蝕產(chǎn)物，同時減小孔壁粗糙度，之后采用冷擠壓擴孔的方法進行孔壁強化處理。本發(fā)明提供的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，通過冷擠壓擴孔，在被處理孔的表面進行強化處理，有助于對預腐蝕孔疲勞強度的恢復；不需要進行零件的更換，工藝簡單、成本低、節(jié)省材料，特別適合用延長老齡機械裝備的服役壽命。
【專利說明】
腐蝕孔的擴孔復合強化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及孔表面損傷修復與強化領(lǐng)域，具體而言，涉及一種腐蝕孔的擴孔復合強化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)中的各類孔是腐蝕和疲勞的薄弱部位，飛機結(jié)構(gòu)，艦船鋼結(jié)構(gòu)，大型鋼結(jié)構(gòu)，鉆井平臺，鋼橋，交通運輸工具及軌梁鋼結(jié)構(gòu)，特別是在海洋大氣或沿海地區(qū)服役的上述鋼(鋁)結(jié)構(gòu)腐蝕后孔的疲勞強度大幅下降，孔壁的腐蝕不僅會導致疲勞過早發(fā)生，而且會使疲勞裂紋門檻值降低。
[0003]為解決孔結(jié)構(gòu)的腐蝕問題，現(xiàn)有維修或修理措施有:
[0004]1、鉸削處理:鉸孔去除腐蝕層。
[0005]2、換件修理:大面積換板或更換新零部件。
[0006]但是，傳統(tǒng)工藝各有不足之處:
[0007]1、鉸孔:去除材料，降低結(jié)構(gòu)靜強度，多次鉸削會造成結(jié)構(gòu)報廢。飛機重要承力孔結(jié)構(gòu)僅允許一次鉸削。
[0008]2、換件修理:成本高，工作量大，浪費材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供腐蝕孔的擴孔復合強化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。
[0010]在本發(fā)明的實施例中提供了一種腐蝕孔的擴孔復合強化方法，即先通過對所述被處理孔的孔壁進行拋光，用于去除腐蝕產(chǎn)物，同時減小孔壁粗糙度，之后采用冷擠壓擴孔的方法進行孔壁強化處理。
[0011 ]進一步的，對所述被處理孔進行拋光的方式為機械旋轉(zhuǎn)拋光或超聲拋光。
[0012]進一步的，拋光處理后孔壁表面的粗糙度為小于Ra3.2。
[0013]進一步的，冷擠壓擴孔的方法的方法為:
[0014]將工作段直徑大于被處理孔的孔徑的冷擠壓芯棒，勻速拉拔或者推壓通過被處理孔，使孔壁產(chǎn)生塑性變形區(qū)，卸載后產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。
[0015]進一步的，在拋光過程中，每次更換磨料或研磨劑前，對工具頭和所述被處理孔的孔壁進行清洗。
[0016]進一步的，拋光后立即進行后繼冷擠壓強化處理，或在孔壁噴淋防銹涂層。
[0017]進一步的，所述冷擠壓芯棒在進入到所述被處理孔之前，需進行表面潤滑。
[0018]進一步的，對所述冷擠壓芯棒進行潤滑的潤滑劑為固定潤滑劑。
[0019]進一步的，所述冷擠壓芯棒在通過所述被處理孔時，中間不進行停頓。
[0020]進一步的，冷擠壓擴孔在擠出端形成的凸緣，用機械或手工打磨的工藝進行處理。
[0021]本發(fā)明提供的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，通過冷擠壓擴孔，在被處理孔的表面進行強化處理，有助于對預腐蝕孔疲勞強度進行大幅度的恢復;不需要進行零件的更換，工藝簡單、成本低、節(jié)省材料，特別適合用延長老齡機械裝備的服役壽命。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本發(fā)明腐蝕孔的擴孔復合強化方法的機械旋轉(zhuǎn)預拋光工藝示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明腐蝕孔的擴孔復合強化方法的超聲預拋光工藝示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明腐蝕孔的擴孔復合強化方法的后續(xù)冷擠壓擴孔工藝示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明腐蝕孔的擴孔復合強化方法的工藝流程圖。
[0027]附圖標記:
[0028]1:被處理件 2:工具頭3:旋轉(zhuǎn)拋光機
[0029]4:被處理孔 5:變幅桿6:超聲拋光機
[0030]7:冷擠壓芯棒8:塑性變形區(qū)
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0033]此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0034]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0035]本發(fā)明是針對傳統(tǒng)孔結(jié)構(gòu)維修方式存在的不足，針對孔壁表面腐蝕提供了一種預拋光與冷擠壓擴孔復合強化處理工藝。
[0036]其技術(shù)原理為:通過對腐蝕孔壁進行拋光來去除腐蝕產(chǎn)物，同時減小孔壁粗糙度，之后采用冷擠壓擴孔的方法進行孔壁強化處理。
[0037]本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn):
[0038]1、預拋光處理:預拋光處理可采用旋轉(zhuǎn)拋光機3或超聲拋光機6(但不限于這兩種拋光技術(shù))，拋光工具頭2機械連接于旋轉(zhuǎn)拋光機輸出轉(zhuǎn)軸，或超聲拋光機的變幅桿5的端部。將預拋光工具頭2置于被處理件I上的被處理孔4的孔壁表面進行去除腐蝕產(chǎn)物拋光與處理。拋光時間根據(jù)孔壁表面腐蝕狀況來確定，每道次一般I?5min，預拋光處理后孔壁表面的粗糙度應小于Ra 3.2。
[0039]根據(jù)孔壁材料、孔壁粗糙度和與拋光處理后的粗糙度要求，依次使用適當磨料和適當粒度的研磨劑，對腐蝕孔進行拋光處理，拋光時間約每道次I?5min，更換磨料和研磨劑前，必須用100 %的純棉花粘取酒精或其他清潔液清洗工具頭和孔壁表面，最終使孔壁表面粗糙度達到Ra < 0.8μπι。使用軟木棒或竹棒可配合孔壁圓面的弧度。
[0040]2、冷擠壓擴孔強化處理:預拋光之后，將工作段直徑D稍大于經(jīng)預拋光處理后的被處理孔孔徑d0的冷擠壓芯棒7在充分潤滑的條件下勻速拉拔或者推壓通過經(jīng)預拋光處理的孔，使孔壁材料產(chǎn)生塑性變形區(qū)8，卸載后產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。
[0041]預拋光后，在盡可能短的時間內(nèi)進行后繼冷擠壓強化處理，否則需要在預拋光處理后在孔壁噴淋防銹涂層，以免孔壁腐蝕或氧化。
[0042]冷擠壓擴孔時，將工作段直徑稍大于預拋光后孔徑的芯棒在充分潤滑的條件下勻速擠壓通過經(jīng)預拋光處理的孔(擠壓速度一般在20mm/min.左右，不允許在中途停頓)，使孔壁材料產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。潤滑劑一般選用耐壓性能好的固體潤滑劑，如經(jīng)潤滑油調(diào)和的石墨，或經(jīng)潤滑油調(diào)和的二硫化鉬，也可以使用油類潤滑劑，如動物油、植物油和礦物油。
[0043]冷擠壓擴孔的擠壓量應根據(jù)被處理材料和強化要求來確定，一般高強鋼在2.4%?3%之間，高強鋁合金在1.2?4.8%之間。注意，擠壓量不宜過大，以免使孔壁表面產(chǎn)生損傷。
[0044]3、冷擠壓擴孔一般會在擠出端形成凸緣，為了避免影響到后續(xù)的栓接或鉚接裝配，應采用機械或手工打磨工藝將凸緣處理，打磨時應注意不能傷及孔壁表面。
[0045]如附圖1至圖4所示，本發(fā)明提供了一種腐蝕孔的擴孔復合強化方法，即先通過對所述被處理孔4的孔壁進行拋光，用于去除腐蝕產(chǎn)物，同時減小孔壁粗糙度，之后采用冷擠壓擴孔的方法進行孔壁強化處理。
[0046]冷擠壓芯棒7包括工作段、連接段和導向段。工作段的兩端分別為連接段和導向段，連接段將冷擠壓芯棒7與擠壓動力裝置如步進電機等連接起來，給冷擠壓芯棒7—個擠壓的動力，導向段在工作段進入到被處理孔4之前先進入到被處理孔4中，能夠避免工作段無法與被處理孔4進行對齊對正。
[0047]導向段的設(shè)置，一般為圓臺等結(jié)構(gòu)，或設(shè)置為導向柱，在導向柱與工作段之間設(shè)置倒角，以便于工作段進入被處理孔4中。
[0048]冷擠壓芯棒7的工作段的直徑略大于被處理孔4的孔徑，通過擠壓動力裝置帶動冷擠壓芯棒7進入到被處理孔4中，對被處理孔4的孔壁進行擠壓，進而使孔壁產(chǎn)生塑形變形區(qū)，進而在冷擠壓芯棒7從被處理孔4中抽出后，被處理孔4的孔壁產(chǎn)生殘余壓應力和強化層，進而提高被處理孔4的疲勞強度。
[0049]需要指出是的，冷擠壓芯棒7在被處理孔4中進行拉拔或推壓時，需要保證勻速，避免由于速度不勻而造成的塑性變形不均勻，進而在抽出冷擠壓芯棒7后的強化層不均勻。
[0050]被處理件I開始進行處理之前，被處理孔4的孔壁上會有較多的腐蝕產(chǎn)物。在進行被處理孔4的強化之前，先對被處理孔4進行拋光，能夠?qū)⒈惶幚砜?的孔壁上的腐蝕產(chǎn)物去除，進而在對被處理孔4進行冷擠壓時，不會將腐蝕產(chǎn)物擠壓進孔壁中，進而能夠提高被處理孔4的孔壁的疲勞強度。
[0051 ]并且，對被處理孔4進行拋光，還可以提高被處理孔4的孔壁光潔度，降低粗糙度，進而降低冷擠壓芯棒7進入到被處理孔4的難度，且能夠減少冷擠壓芯棒7的工作段表面與被處理孔4的孔壁之間的摩擦，進而提高冷擠壓芯棒7的壽命。
[0052]優(yōu)選的實施方式為，對所述被處理孔4進行拋光的方式為機械旋轉(zhuǎn)拋光或超聲拋光。
[0053]對被處理孔4的拋光方式有很多種。在本實施例中，米用了機械旋轉(zhuǎn)拋光和超聲拋光兩者方式。
[0054]機械旋轉(zhuǎn)拋光是使用旋轉(zhuǎn)拋光機3帶動工具頭2轉(zhuǎn)動，通過工具頭2對被處理孔4進行拋光。工具頭2機械連接在旋轉(zhuǎn)拋光機3的輸出轉(zhuǎn)軸上，當旋轉(zhuǎn)拋光機3進行轉(zhuǎn)動時，帶動工具頭2進行轉(zhuǎn)動，通過工具頭2的工作表面來對被處理孔4的孔壁進行打磨拋光。
[0055]超聲拋光是超聲拋光機6帶動工具頭2進行振動，通過工具頭2對被處理孔4進行拋光。超聲拋光機6主要是有超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，經(jīng)過換能器將超聲波轉(zhuǎn)換為機械振動，再進一步經(jīng)過變幅桿5的增幅后，帶動工具頭2進行振動，進而通過工具頭2的工作表面來對被處理孔4的孔壁進行打磨拋光。
[0056]需要指出的是，對被處理孔4的拋光方式可以是機械旋轉(zhuǎn)拋光或超聲拋光，但其不僅僅局限于上述兩種方式，其還可以是其他的拋光方式，也就是說，其只要能夠?qū)崿F(xiàn)對被處理孔4的孔壁進行拋光即可。
[0057]優(yōu)選的實施方式為，拋光處理后孔壁表面的粗糙度為小于Ra3.2。
[0058]被處理孔4經(jīng)過拋光后，其孔壁的表面粗糙度應該降低到一個較低的數(shù)值，以保證將孔壁表面的腐蝕產(chǎn)物全部清除完畢。
[0059]經(jīng)過多次試驗研究后，本實施例將拋光處理后的孔壁的表面粗糙度設(shè)置為小于Ra3.2，來保證腐蝕產(chǎn)物的干凈，進而保證被處理孔4的疲勞強度的恢復。
[0060]優(yōu)選的實施方式為，冷擠壓擴孔的方法的方法為:
[0061]將工作段直徑大于被處理孔4的孔徑的冷擠壓芯棒7，勻速拉拔或者推壓通過被處理孔4，使孔壁產(chǎn)生塑性變形區(qū)8，卸載后產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。
[0062]優(yōu)選的實施方式為，在拋光過程中，每次更換磨料或研磨劑前，對工具頭2和所述被處理孔4的孔壁進行清洗。
[0063]根據(jù)孔壁材料、孔壁粗糙度和與拋光處理后的粗糙度要求，依次使用適當磨料和適當粒度的研磨劑，對腐蝕的被處理孔4進行拋光處理，拋光時間約每道次I?5min，更換磨料和研磨劑前，必須用100%的純棉花粘取酒精或其他清潔液清洗工具頭2和孔壁表面，最終使孔壁表面粗糙度達到Ra < 0.8μπι。使用軟木棒或竹棒可配合孔壁圓面的弧度。
[0064]對工具頭2和被處理孔4的孔壁進行清洗，能夠降低孔壁表面粗糙度，減少孔壁與工具頭2之間的摩擦，進而可以提高工具頭2的使用壽命。
[0065]對工具頭2和被處理孔4的孔壁進行清洗的方式可以有很多，如上述的使用棉花粘取酒精，也可以是使用如機油、柴油甚至是水洗等方式，也就是說，只要能夠?qū)⒈惶幚砜?和工具頭2的表面進行清洗干凈即可。
[0066]優(yōu)選的實施方式為，拋光后立即進行后繼冷擠壓強化處理，或在孔壁噴淋防銹涂層。
[0067]被處理孔4在經(jīng)過拋光后，在盡可能短的時間內(nèi)進行后繼冷擠壓強化處理，即在較短的時間內(nèi)將冷擠壓芯棒7推壓進被處理孔4內(nèi)，否則需要在預拋光處理后在孔壁噴淋防銹涂層，以免孔壁被再次腐蝕或氧化。
[0068]防銹涂層可以是通過使用防銹油、防銹漆或鈍化液等來涂抹，也可以是使用緩蝕劑等進行處理來實現(xiàn)。也就是說，其只要能夠避免孔壁被再次腐蝕或氧化即可。
[0069]優(yōu)選的實施方式為，所述冷擠壓芯棒7在進入到所述被處理孔4之前，需進行表面潤滑。
[0070]冷擠壓擴孔時，將工作段直徑稍大于預拋光后孔徑的冷擠壓芯棒7在充分潤滑的條件下勻速擠壓通過經(jīng)預拋光處理的被處理孔4，使孔壁上產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。
[0071 ] 經(jīng)過潤滑后的冷擠壓芯棒7進通過擠壓進入到被處理孔4中，能夠降低冷擠壓芯棒7與被處理孔4之間的摩擦，進而是冷擠壓芯棒7比較容易的擠進被處理孔4內(nèi)，實現(xiàn)對被處理孔4的冷擠壓擴孔。
[0072]優(yōu)選的實施方式為，對所述冷擠壓芯棒7進行潤滑的潤滑劑為固定潤滑劑。
[0073]潤滑劑一般選用耐壓性能好的固體潤滑劑，如經(jīng)潤滑油調(diào)和的石墨，或經(jīng)潤滑油調(diào)和的二硫化鉬，也可以使用油類潤滑劑，如動物油、植物油和礦物油。
[0074]優(yōu)選的實施方式為，所述冷擠壓芯棒7在通過所述被處理孔4時，中間不進行停頓。
[0075]擠壓速度一般在20mm/min.左右，不允許在中途停頓。
[0076]冷擠壓擴孔的擠壓量應根據(jù)被處理材料和強化要求來確定，一般高強鋼在2.4%?3%之間，高強鋁合金在1.2?4.8%之間。注意，擠壓量不宜過大，以免使孔壁表面產(chǎn)生損傷。
[0077]優(yōu)選的實施方式為，冷擠壓擴孔在擠出端形成的凸緣，用機械或手工打磨的工藝進行處理。
[0078]冷擠壓擴孔一般會在擠出端形成凸緣，為了避免影響到后續(xù)的栓接或鉚接裝配，應采用機械或手工打磨工藝將凸緣去除，打磨時應注意不能傷及孔壁表面。
[0079]總結(jié)的說，本發(fā)明腐蝕孔的擴孔復合強化方法是，先將被處理孔4進行拋光，在拋光的過程中，在更換磨料或研磨劑前，需要對工具頭2和被處理孔4的孔壁進行清洗;在拋光后，使用表面潤滑后的冷擠壓芯棒7對被處理孔4的孔壁進行冷擠壓擴孔;不能進行及時冷擠壓擴孔的，對被處理孔4的孔壁進行噴淋防銹涂層處理;冷擠壓擴孔后的被處理孔4產(chǎn)生的凸緣進行機械或手工打磨，整個工藝流程圖如圖4所示。
[0080]綜上可以看出，本發(fā)明與鉸孔相比，預拋光材料去除少，基本不改變孔的名義直徑，對孔結(jié)構(gòu)的靜強度影響很小，而傳統(tǒng)的鉸孔工藝去除了孔壁材料，會造成孔結(jié)構(gòu)靜強度下降。
[0081]傳統(tǒng)的鉸孔修復方法，鉸孔后沒有后繼的擠壓強化處理，所以對預腐蝕孔疲勞強度的恢復有限。
[0082]本發(fā)明的方法與換件修理相比，工藝簡單、成本低、節(jié)省材料，特別適合用延長老齡機械裝備的服役壽命。
[0083]本發(fā)明提供的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，通過冷擠壓擴孔，在被處理孔4的表面進行強化處理，有助于對預腐蝕孔疲勞強度的恢復;不需要進行零件的更換，工藝簡單、成本低、節(jié)省材料，特別適合用延長老齡機械裝備的服役壽命。
[0084]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，先通過述被處理孔的孔壁進行拋光，用于去除腐蝕產(chǎn)物，同時減小孔壁粗糙度，之后采用冷擠壓擴孔的方法進行孔壁強化處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，對所述被處理孔進行拋光的方式為機械旋轉(zhuǎn)拋光或超聲拋光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，拋光處理后孔壁表面的粗糙度為小于Ra 3.2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，冷擠壓擴孔的方法的方法為: 將工作段直徑大于所述被處理孔的孔徑的冷擠壓芯棒，勻速拉拔或者推壓通過所述被處理孔，使孔壁產(chǎn)生塑性變形區(qū)，卸載后產(chǎn)生殘余壓應力和強化層。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，在拋光過程中，每次更換磨料或研磨劑前，對工具頭和所述被處理孔的孔壁進行清洗。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，拋光后立即進行后繼冷擠壓強化處理，或在孔壁噴淋防銹涂層。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，所述冷擠壓芯棒在進入到所述被處理孔之前，需進行表面潤滑。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，對所述冷擠壓芯棒進行潤滑的潤滑劑為固定潤滑劑。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，所述冷擠壓芯棒在通過所述被處理孔時，中間不進行停頓。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的腐蝕孔的擴孔復合強化方法，其特征在于，冷擠壓擴孔在擠出端形成的凸緣，用機械或手工打磨的工藝進行處理。
【文檔編號】C21D7/12GK105861798SQ201610291134
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】朱有利, 侯帥, 王燕禮, 許藝, 許永晗, 杜曉坤
【申請人】中國人民解放軍裝甲兵工程學院