CN111118270B - 孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造技术领域，提出一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和装置。该孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，适用于直通孔，该冷挤压工艺包括通过第一芯棒沿第一轴向对直通孔进行第一次强化；通过第二芯棒沿第二轴向对直通孔进行第二次强化；其中，第一轴向与第二轴向相反，第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于或等于第二芯棒的进行强化部分的最大直径。采用两步双向冷挤压强化后，直通孔的周向残余应力沿厚度方向分布更为均匀，且在两个端面的孔边均未产生残余拉应力，对提高强化孔的抗疲劳性能有利。

Description

孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和装置

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和孔周残余应力均匀化冷挤压装置。

背景技术

紧固孔是飞机上常见的联接结构，通过在紧固孔上安装螺钉、铆钉等紧固件来实现飞机构件之间的联接。而紧固孔是一种易产生局部应力的典型结构，在交变载荷作用下易产生疲劳裂纹，影响孔的疲劳寿命，进而影响飞机的安全性、可靠性及使用寿命。有研究表明，由紧固孔萌生裂纹所造成的疲劳破坏，约占全部破坏的1/3。因此，提高紧固孔的疲劳寿命是保证飞机使用安全性的关键。

冷挤压强化技术是孔的抗疲劳制造技术中行之有效的方法。冷挤压强化是利用孔表面局部塑性变形达到疲劳增寿的效果。具体实现方法是通过一根直径略大于孔径的芯棒强行从孔中通过，孔表面一定范围内金属在挤压力作用下发生塑性变形。当芯棒从孔中通过后，远离孔壁附近区域金属发生回弹，使孔壁附近产生切向残余压应力，降低了疲劳载荷下的孔边平均应力，从而提高孔的疲劳寿命。但是，现有工艺产生的孔周切向残余应力在厚度方向上分布不均匀，通常在挤入面孔周切向残余压应力最小，甚至产生残余拉应力，对疲劳寿命的提高不利。

因此，有必要研究一种新的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和孔周残余应力均匀化冷挤压装置。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的孔周残余应力不均匀的不足，提供一种孔周残余应力均匀的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺和孔周残余应力均匀化冷挤压装置。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，适用于直通孔，包括：

通过第一芯棒沿第一轴向对所述直通孔进行第一次强化；

通过第二芯棒沿第二轴向对所述直通孔进行第二次强化；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于或等于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一芯棒沿第一轴向对所述直通孔进行第一次强化，包括：

将所述第一芯棒沿所述第一轴向插入所述直通孔；

将所述第一芯棒沿所述第一轴向拉出所述直通孔完成第一次强化形成强化孔；

通过第二芯棒沿第二轴向对所述直通孔进行第二次强化，包括：

将所述第二芯棒沿所述第二轴向插入所述强化孔；

将所述第二芯棒沿所述第二轴向拉出所述强化孔完成第二次强化；

所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述直通孔初始直径D_c需满足：

式中，I₁为初次干涉量；

所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径D₂与所述直通孔初始直径D_c需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一芯棒沿第一轴向对所述直通孔进行第一次强化，包括：

将衬套插入所述直通孔，所述衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的初孔；

将所述第一芯棒沿第一轴向插入所述初孔；

将所述第一芯棒沿所述第一轴向拉出所述初孔完成第一次强化形成强化孔；

通过第二芯棒沿第二轴向对所述直通孔进行第二次强化，包括：

将所述第二芯棒沿所述第二轴向插入所述强化孔；

将所述第二芯棒沿所述第二轴向拉出所述强化孔完成第二次强化；

所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述衬套的厚度t以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量；

所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径D₂与所述衬套的厚度t以及所述直通孔的初始直径需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一芯棒沿第一轴向对所述直通孔进行第一次强化，包括：

将第一衬套插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

将第一芯棒沿所述第一轴向插入所述第一初孔；

将所述第一芯棒沿所述第一轴向拉出所述第一初孔完成第一次强化形成强化孔；

通过第二芯棒沿第二轴向对所述直通孔进行第二次强化，包括：

将第二衬套插入所述强化孔，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

将所述第二芯棒沿第二轴向插入所述第二初孔；

将所述第二芯棒沿所述第二轴向拉出所述第二初孔完成第二次强化；

所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径等于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述第一衬套的厚度t₁、所述第二衬套的厚度t₂以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本公开的一种示例性实施例中，通过第一芯棒沿第一轴向对所述直通孔进行第一次强化，包括：

将第一衬套插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

将第一芯棒沿所述第一轴向插入所述第一初孔；

将所述第一芯棒沿所述第一轴向拉出所述第一初孔完成第一次强化形成强化孔；

取出所述第一衬套；

通过第二芯棒沿第二轴向对所述直通孔进行第二次强化，包括：

将第二衬套插入所述直通孔，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

将所述第二芯棒沿第二轴向插入所述第二初孔；

将所述第二芯棒沿所述第二轴向拉出所述第二初孔完成第二次强化；

所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径等于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径，所述第一衬套的厚度小于所述第二衬套的厚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述第一衬套的厚度t₁、所述第二衬套的厚度t₂以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

根据本公开的一个方面，提供一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，适用于直通孔，所述冷挤压装置对所述直通孔进行两次强化，所述冷挤压装置包括：

衬套，被配置为在强化时插入所述直通孔，所述衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的初孔；

第一芯棒，被配置为在第一次强化时沿第一轴向插入并拉出所述初孔；

第二芯棒，被配置为在第二次强化时沿第二轴向插入并拉出所述初孔；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述衬套的厚度t以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量；

所述第二芯棒的进行强化部分的最大直径D₂与所述衬套的厚度t以及所述直通孔的初始直径需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

根据本公开的一个方面，提供一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，适用于直通孔，所述冷挤压装置对所述直通孔进行两次强化，所述冷挤压装置包括：

第一衬套，被配置为在第一次强化时插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

第二衬套，被配置为在第二次强化时插入所述第一初孔或所述直通孔，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

芯棒，被配置为在第一次强化时沿第一轴向插入并拉出所述第一初孔，在第二次强化时沿第二轴向插入并拉出所述第二初孔；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反。

在本公开的一种示例性实施例中，所述芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述第一衬套的厚度t₁、所述第二衬套的厚度t₂以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本公开的一种示例性实施例中，所述芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与所述第一衬套的厚度t₁、所述第二衬套的厚度t₂以及所述直通孔的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量，且I₂＞I₁；所述第一衬套的厚度t₁小于所述第二衬套的厚度t₂。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，适用于直通孔，通过第一芯棒沿第一轴向对直通孔进行第一次强化；通过第二芯棒沿第二轴向对直通孔进行第二次强化；第一轴向与第二轴向相反，第一芯棒的进行强化部分的最大直径小于或等于第二芯棒的进行强化部分的最大直径。采用两步双向冷挤压强化后，直通孔的周向残余应力沿厚度方向分布更为均匀，且在两个端面的孔边均未产生残余拉应力，对提高强化孔的抗疲劳性能有利。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是相关技术中直接芯棒冷挤压强化的结构示意图；

图2是相关技术中开缝衬套冷挤压强化的结构示意图；

图3是相关技术中压合衬套(套管)冷挤压强化的结构示意图；

图4是本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺一实施方式的流程示意图；

图5是本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺一实施方式的第一步的结构示意图；

图6是完成图5的基础上的第二步的结构示意图；

图7是本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺另一实施方式的第一步的结构示意图；

图8是完成图7的基础上的第二步的结构示意图；

图9是孔壁切向残余应力沿路径变化折线图；

图10是现有技术中单向冷挤压残余切向应力云图；

图11是采用本发明的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺后残余切向应力云图；

图12是本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺又一实施方式的第一步的结构示意图；

图13是完成图12的基础上的第二步的结构示意图；

图14是本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺又一实施方式的第一步的结构示意图；

图15是完成图14的基础上的第二步的结构示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

1、工件；11、A面；12、B面；

2、挤压芯棒；3、挤压枪和动力系统；4、开缝衬套；5、压合衬套(套管)；

61、第一芯棒；62、第二芯棒；

7、衬套；71、第一衬套；72、第二衬套；

81、第一箭头；82、第二箭头；

9、直通孔；91、初孔；92、第一初孔；93、第二初孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1所示的相关技术中直接芯棒冷挤压强化的结构示意图，直接芯棒冷挤压使用涂有润滑剂的锥形挤压芯棒2以干涉方式通过挤压枪和动力系统提供动力强行从工件1上孔中通过，在挤压过程中，挤压芯棒2与孔壁直接接触，孔壁附近材料发生塑性变形而形成残余压应力层。该方法工具简单，操作方便，但需要反复多次挤压，会导致孔壁轴向擦伤及孔缘突起。因此，该工艺适用于低干涉量的冷挤压强化场合。参照图2所示的相关技术中开缝衬套冷挤压强化的结构示意图，开缝衬套冷挤压强化是从直接芯棒冷挤压强化演化而来，其强化原理与操作方法相似，不同之处是在工件1上孔内加入开缝衬套4，将挤压芯棒2和孔壁隔开。挤压芯棒2强行通过初孔91，对其实施塑性扩张，它主要由挤压芯棒2、开缝衬套4、挤压枪和动力系统组成。该方法克服了芯棒直接挤压带来的孔壁擦伤等缺点，可以实现高干涉量挤压。参照图3所示的相关技术中压合衬套(套管)5冷挤压强化的结构示意图，压合衬套(套管)5冷挤压强化与无缝衬套冷挤压强化类似，只是衬套被套管替代，挤压后套管以干涉配合的形式置于孔内，该方法可实现高干涉量挤压。

本发明首先提供了一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，参照图4所示的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺一实施方式的流程示意图，该冷挤压工艺适用于直通孔，该冷挤压工艺可以包括以下步骤：

步骤S10，通过第一芯棒61沿第一轴向对所述直通孔9进行第一次强化。

步骤S20，通过第二芯棒62沿第二轴向对所述直通孔9进行第二次强化。

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反，所述第一芯棒61的进行强化部分的最大直径小于或等于所述第二芯棒62的进行强化部分的最大直径。

下面通过四个示例实施方式对本发明的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺进行详细说明。

示例实施方式一

参照图5所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺一实施方式的第一步的结构示意图。

步骤S10，通过第一芯棒61沿第一轴向对所述直通孔9进行第一次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第一芯棒61沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入直通孔9；然后，将第一芯棒61沿第一轴向拉出直通孔9完成第一次强化形成强化孔。

参照图6所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺一实施方式的第二步的结构示意图。

步骤S20，通过第二芯棒62沿第二轴向对所述直通孔9进行第二次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第二芯棒62沿第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)插入强化孔；然后，将第二芯棒62沿第二轴向拉出强化孔完成第二次强化。

在本示例实施方式中，第一轴向与第二轴向是相反的方向。第一芯棒61的进行强化部分的最大直径小于第二芯棒62的进行强化部分的最大直径。即，第一芯棒61与第二芯棒62是不同的。

具体来说：第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁与直通孔9初始直径D_c需满足：

式中，I₁为初次干涉量。

第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂与所述直通孔9初始直径D_c需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本示例实施方式中，直通孔9的初始直径为55mm；初次干涉量可以为1.8％，通过有限元数值模拟来确定。目标干涉量可以为2.3％，通过对强化孔开展疲劳寿命试验，取疲劳寿命最高时所对应的干涉量为目标干涉量。根据上述值可以计算得到第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁和第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂，选择合适的芯棒。

在本示例实施方式中，可以通过有限元法确定第一次强化使用的最优干涉量I₁。可初选一系列的I₁值(I_1-1,I_1-2,I_1-3,……)，通过有限元法计算每一个I₁值下的孔周切向应力分布，选定周向残余压应力最大且沿厚度方向分布最均匀的情况下所对应的干涉量为首次强化的最优干涉量I₁。通过有限元法确定第一次强化使用的最优干涉量I₁，是本领域技术人员熟知的现有技术，因此，在此不再赘述。

示例实施方式二

参照图7所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺另一实施方式的第一步的结构示意图。

步骤S10，通过第一芯棒61沿第一轴向对所述直通孔9进行第一次强化。

在本示例实施方式中，首先，将衬套7插入直通孔9，衬套7上设置有与所述直通孔9同中心轴的初孔91；然后，将第一芯棒61沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入初孔91；最后，将第一芯棒61沿第一轴向拉出初孔91完成第一次强化形成强化孔。

参照图8所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺另一实施方式的第二步的结构示意图。

步骤S20，通过第二芯棒62沿第二轴向对所述直通孔9进行第二次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第二芯棒62沿第二轴向插入所述强化孔；然后，将第二芯棒62沿第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)拉出所述强化孔完成第二次强化。

在本示例实施方式中，第一轴向与第二轴向是相反的方向。第一芯棒61的进行强化部分的最大直径小于第二芯棒62的进行强化部分的最大直径。即，第一芯棒61与第二芯棒62是不同的，是通过不同的芯棒达到不同的干涉量。

具体来说：第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁与衬套7厚度t以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量。

所述第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂与所述衬套7厚度t以及所述直通孔9的初始直径需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本示例实施方式中，直通孔9的初始直径为55mm；初次干涉量可以为1.8％，通过有限元数值模拟来确定。目标干涉量可以为2.3％，通过对强化孔开展疲劳寿命试验，取疲劳寿命最高时所对应的干涉量为目标干涉量。根据上述值可以计算得到第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁和第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂，选择合适的芯棒。

在本示例实施方式中，可以通过有限元法确定第一次强化使用的最优干涉量I₁。可初选一系列的I₁值(I_1-1,I_1-2,I_1-3,……)，通过有限元法计算每一个I₁值下的孔周切向应力分布，选定周向残余压应力最大且沿厚度方向分布最均匀的情况下所对应的干涉量为首次强化的最优干涉量I₁。下面通过一个有限元算例来验证本发明所提出工艺的有效性。

以小边距孔压合衬套为例，工件1的材料为7050-T7451；衬套7为直通型，材料为PH13-8Mo；芯棒简化为解析刚体。采用轴对称单元建立二维轴对称有限元模型。干涉量I₁和I₂分别通过调整第一次强化和第二次强化芯棒最大半径获得。目标干涉量I₂取2.3％。为了优化I₁值，分别取I₁＝1.4％、1.6％、1.8％、2.0％、2.1％、2.2％和2.3％。沿孔壁从A面到B面(即孔壁厚度方向的相对两壁面)取一研究路径(下称路径)，用来研究周向残余应力沿厚度方向的变化情况。

由附图9可以看出，采用单向冷挤压强化后，周向残余切向应力在路径上的分布梯度较大，在A面出现了残余拉应力，为危险点。采用本发明的两步双向冷挤压强化后，周向残余应力沿厚度方向分布更为均匀，且在两个端面的孔边均未产生残余拉应力。干涉量I₁从1.4％增加到1.8％时，B面残余压应力增大；干涉量I₁从1.8％增加到2.3％时，B面残余压应力减小。由此可以确定优化后的I₁值为1.8％。

参照图10所示的单向冷挤压残余切向应力云图，以及图11所示的采用本发明的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺后残余切向应力云图。(图中：S33代表孔边周向残余应力，Avg75％为默认平均阈值，是用来进行变量(一般为应力)平均的量，其中75％可以进行修改，一般设置为75％，表示相对节点变量小于该值时，该节点的结果才被平均，其中相对节点变量＝(节点变量的最大值-节点变量的最小值)/(区域内所有节点最大变量值-区域内所有节点最小变量值)。该变量的设置可以控制应力云图的光滑度。)可以看出，采用两步双向冷挤压的残余切向应力在厚度方向分布更为均匀，且两端没有出现切向残余拉应力，对提高强化孔的抗疲劳性能有利。

示例实施方式三

参照图12所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺又一实施方式的第一步的结构示意图。

步骤S10，通过第一芯棒61沿第一轴向对所述直通孔9进行第一次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第一衬套71插入所述直通孔9，第一衬套71上设置有与直通孔9同中心轴的第一初孔92；然后，将第一芯棒61沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入第一初孔92；最后，将第一芯棒61沿第一轴向拉出第一初孔92完成第一次强化形成强化孔。

参照图13所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺又一实施方式的第二步的结构示意图。

步骤S20，通过第二芯棒62沿第二轴向对所述直通孔9进行第二次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第二衬套72插入所述强化孔，所述第二衬套72上设置有与所述直通孔9同中心轴的第二初孔93；将所述第二芯棒62沿第二轴向插入所述第二初孔93；将所述第二芯棒62沿所述第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)拉出所述第二初孔93完成第二次强化。

在本示例实施方式中，第一轴向与第二轴向是相反的方向。第一芯棒61的进行强化部分的最大直径等于第二芯棒62的进行强化部分的最大直径，即第一芯棒61与第二芯棒62是相同的，是通过插入第一衬套71和第二衬套72达到不同的干涉量。

具体来说：第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁与第一衬套71厚度t₁、第二衬套72厚度t₂以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本示例实施方式中，直通孔9的初始直径为55mm；初次干涉量可以为1.8％，通过有限元数值模拟来确定。目标干涉量可以为2.3％，通过对强化孔开展疲劳寿命试验，取疲劳寿命最高时所对应的干涉量为目标干涉量。根据上述值可以计算得到第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁和第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂，选择合适的芯棒。

示例实施方式四

参照图14所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺再一实施方式的第一步的结构示意图。

步骤S10，通过第一芯棒61沿第一轴向对所述直通孔9进行第一次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第一衬套71插入所述直通孔9，第一衬套71上设置有与直通孔9同中心轴的第一初孔92；然后，将第一芯棒61沿所述第一轴向插入所述第一初孔92；再后，将第一芯棒61沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)拉出第一初孔92完成第一次强化形成强化孔；最后，取出所述第一衬套71。

参照图15所示的本发明孔周残余应力均匀化冷挤压工艺再一实施方式的第二步的结构示意图。

步骤S20，通过第二芯棒62沿第二轴向对直通孔9进行第二次强化。

在本示例实施方式中，首先，将第二衬套72插入直通孔9，第二衬套72上设置有与直通孔9同中心轴的第二初孔93；然后，将第二芯棒62沿第二轴向即图中第二箭头82所指方向)插入第二初孔93；最后，将第二芯棒62沿第二轴向拉出第二初孔93。

在本示例实施方式中，第一轴向与第二轴向是相反的方向。第一芯棒61的进行强化部分的最大直径等于第二芯棒62的进行强化部分的最大直径，即第一芯棒61与第二芯棒62是相同的。是通过插入第一衬套71和第二衬套72达到不同的干涉量，第一衬套的厚度小于第二衬套的厚度。

具体来说：第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁与第一衬套71厚度t₁、所述第二衬套72厚度t₂以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

在本示例实施方式中，直通孔9的初始直径为55mm；初次干涉量可以为1.8％，通过有限元数值模拟来确定。目标干涉量可以为2.3％，通过对强化孔开展疲劳寿命试验，取疲劳寿命最高时所对应的干涉量为目标干涉量。根据上述值可以计算得到第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁和第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂，选择合适的芯棒。

进一步的，本发明还提供了一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，该冷挤压装置适用于直通孔9，该冷挤压装置对所述直通孔9进行两次强化，即第一次强化和第二次强化。请再次参考图7和图8，该冷挤压装置包括衬套、第一芯棒61以及第二芯棒62；衬套被配置为在强化时插入所述直通孔9，衬套上设置有与直通孔9同中心轴的初孔；第一芯棒61被配置为在第一次强化时沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入并拉出初孔；第二芯棒62被配置为在第二次强化时沿第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)插入并拉出初孔；其中，第一轴向与第二轴向相反，第一芯棒61的进行强化部分的最大直径小于第二芯棒62的进行强化部分的最大直径。

在本示例实施方式中，第一芯棒61的进行强化部分的最大直径D₁与衬套的厚度t以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量；

第二芯棒62的进行强化部分的最大直径D₂与衬套的厚度t以及直通孔9的初始直径需满足：

式中，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

进一步的，本发明还提供了一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，该冷挤压装置适用于直通孔9，该冷挤压装置对所述直通孔9进行两次强化，即第一次强化和第二次强化，该冷挤压装置包括第一衬套71、第二衬套72以及、芯棒；第一衬套71被配置为在第一次强化时插入直通孔9，第一衬套71上设置有与直通孔9同中心轴的第一初孔92；第二衬套72被配置为在第二次强化时插入第一初孔92或直通孔9，第二衬套72上设置有与直通孔9同中心轴的第二初孔93；芯棒被配置为在第一次强化时沿第一轴向插入并拉出第一初孔92，在第二次强化时沿第二轴向插入并拉出第二初孔93；其中，第一轴向与第二轴向相反。

下面通过两个示例实施方式对本发明的孔周残余应力均匀化冷挤压装置进行详细说明。

示例实施方式一

请再次参考图12和图13。

在本示例实施方式中，将第一衬套71在第一次强化前插入直通孔9内，第一衬套71上设置有与直通孔9同中心轴的第一初孔92；然后将芯棒沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入并拉出第一初孔92；再将第二衬套72插入第一初孔92，第二衬套72上设置有与直通孔9同中心轴的第二初孔93；第一衬套71与第二衬套72叠合。最后将芯棒沿第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)插入并拉出第二初孔93。

芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与第一衬套71厚度t₁、第二衬套72厚度t₂以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量；且I₂＞I₁。

示例实施方式二

请再次参考图14和图15。

在本示例实施方式中，将第一衬套71在第一次强化前插入直通孔9内，第一衬套71上设置有与直通孔9同中心轴的第一初孔92；然后将芯棒沿第一轴向(即图中第一箭头81所指方向)插入并拉出第一初孔92；再将第一衬套71从直通孔9内取出，然后将第二衬套72插入直通孔9内，第二衬套72上设置有与直通孔9同中心轴的第二初孔93；最后将芯棒沿第二轴向(即图中第二箭头82所指方向)插入并拉出第二初孔93。

芯棒的进行强化部分的最大直径D₁与第一衬套71厚度t₁、第二衬套72厚度t₂以及直通孔9的初始直径D_c之间需满足：

式中，I₁为初次干涉量，I₂为目标干涉量，且I₂＞I₁；第一衬套的厚度t₁小于第二衬套的厚度t₂。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本说明书中使用“约”“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内。在此给定的数量为大约的数量，意即在没有特定说明的情况下，仍可隐含“约”“大约”“大致”“大概”的含义。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的轴向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (6)

1.一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，适用于直通孔，其特征在于，包括：

将第一衬套插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

将芯棒沿第一轴向插入所述第一初孔；

将所述芯棒沿所述第一轴向拉出所述第一初孔完成第一次强化形成强化孔；

将第二衬套插入所述强化孔，以使所述第一衬套与所述第二衬套叠合，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

将所述芯棒沿第二轴向插入所述第二初孔；

将所述芯棒沿所述第二轴向拉出所述第二初孔完成第二次强化；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反。

2.一种孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，适用于直通孔，其特征在于，包括：

将第一衬套插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

将芯棒沿第一轴向插入所述第一初孔；

将所述芯棒沿所述第一轴向拉出所述第一初孔完成第一次强化形成强化孔；

取出所述第一衬套；

将第二衬套插入所述直通孔，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

将所述芯棒沿第二轴向插入所述第二初孔；

将所述芯棒沿所述第二轴向拉出所述第二初孔完成第二次强化；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反，所述第一衬套的厚度小于所述第二衬套的厚度。

3.一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，适用于直通孔，用于实施权利要求1所述的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，其特征在于，所述冷挤压装置对所述直通孔进行两次强化，所述冷挤压装置包括：

第一衬套，被配置为在第一次强化时插入所述直通孔，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔，且所述第一初孔完成第一次强化后形成强化孔；

第二衬套，被配置为在第二次强化时插入所述强化孔，以使所述第一衬套与所述第二衬套叠合，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔；

芯棒，被配置为在第一次强化时沿第一轴向插入并拉出所述第一初孔，在第二次强化时沿第二轴向插入并拉出所述第二初孔；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反。

4.根据权利要求3所述的孔周残余应力均匀化冷挤压装置，其特征在于，所述芯棒的进行强化部分的最大直径D ₁与所述第一衬套的厚度t ₁、所述第二衬套的厚度t ₂以及所述直通孔的初始直径D _c之间需满足：

，

式中，I ₁为初次干涉量，I ₂为目标干涉量；且I ₂＞I ₁。

5.一种孔周残余应力均匀化冷挤压装置，适用于直通孔，用于实施权利要求2所述的孔周残余应力均匀化冷挤压工艺，其特征在于，所述冷挤压装置对所述直通孔进行两次强化，所述冷挤压装置包括：

第一衬套，被配置为在第一次强化时插入所述直通孔，且在第一次强化后从所述直通孔取出，所述第一衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第一初孔；

第二衬套，被配置为在第二次强化时插入所述直通孔，所述第二衬套上设置有与所述直通孔同中心轴的第二初孔，所述第一衬套的厚度小于所述第二衬套的厚度；

芯棒，被配置为在第一次强化时沿第一轴向插入并拉出所述第一初孔，在第二次强化时沿第二轴向插入并拉出所述第二初孔；

其中，所述第一轴向与所述第二轴向相反。

6.根据权利要求5所述的孔周残余应力均匀化冷挤压装置，其特征在于，所述芯棒的进行强化部分的最大直径D ₁与所述第一衬套的厚度t ₁、所述第二衬套的厚度t ₂以及所述直通孔的初始直径D _c之间需满足：

，

式中，I ₁为初次干涉量，I ₂为目标干涉量，且I ₂＞I ₁；所述第一衬套的厚度t ₁小于所述第二衬套的厚度t ₂。

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