CN115369222A - 含孔结构挤压装置、挤压总成及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含孔结构挤压装置，涉及孔挤压强化技术领域，包括挤压芯棒，挤压芯棒包括挤压强化段和安装段，安装段能够与驱动装置连接，挤压强化段能够伸入含孔结构的待挤压孔内，以对待挤压孔进行挤压；挤压强化段上沿轴向设置有多个环形凸起，环形凸起包括沿挤压芯棒的轴向设置的导入弧形段和平面段，平面段的直径等于导入弧形段的最大直径。本发明还公开一种包括上述含孔结构挤压装置的含孔结构挤压总成。进一步地，本发明还公开了一种采用上述含孔结构挤压装置的挤压方法。本发明能够有效减少在引入旋转进给时凸起对孔壁的划伤，进而提高孔壁质量，同时在旋转进给的作用下，能够有效减少孔壁材料沿轴向的流动堆积。

Description

含孔结构挤压装置、挤压总成及方法

技术领域

本发明涉及孔挤压强化技术领域，特别是涉及一种含孔结构挤压装置、挤压总成及方法。

背景技术

孔结构是航空发动机部件的典型结构.常见的孔结构包括螺栓孔、均压孔、探测孔和销钉孔等.以螺栓孔和均压孔为代表的受力孔在发动机服役过程中受到较大的交变载荷作用，且孔结构应力集中显著，在发动机服役过程中容易发生疲劳失效。涡轮盘属于典型的航空发动机限寿件，航空发动机轮盘上的螺栓孔、销钉孔、偏心孔等孔结构为轮盘的失效多发部位。

为了保障孔结构疲劳性能，部分研究从孔结构设计出发，减小孔边应力，缓和应力集中。然而在工程上，异形孔加工困难，加工精度相对圆形孔低，对加工要求较高.由于盘件的空间限制，孔结构疲劳强度不足的问题很难通过常用的结构加强的方法改进.

孔挤压作为目前国际上应用最为广泛的连接孔强化手段，在工艺控制良好情况下，可提高紧固孔疲劳寿命3倍以上，其原理是将一个直径大于孔径、硬度高于连接孔材料的芯棒或圆球挤过连接孔，迫使孔壁材料发生弹塑性变形，在孔壁引入大深度高幅值可控残余压应力层，改善孔结构在外载荷作用下的孔边局部应力分布状态，大幅提高连接孔疲劳强度、抗应力腐蚀和抗腐蚀疲劳性能，具有不改变材料、不改变结构设计、不增加飞机重量、成本低、强化效果明显、应用孔径范围广等优势，已被广泛应用于航空发动机部件中孔的强化。

目前最常见的孔挤压方式有：直接芯棒挤压、开缝衬套挤压、球挤压、套管挤压等方式。开缝衬套挤压后会在孔壁遗留一条轴向凸脊，凸脊根部容易产生微裂纹，可能还存在残余拉应力，这对强化不利；球挤压实施不当，会在挤入端引入残余拉应力，影响强化效果；套管挤压后衬套留在孔内不可卸；并且以上挤压方式外对孔径都有严格的要求，而涡轮盘的孔径多在Φ20mm以下，且空间有一定的限制，更是有严苛的高温高应力工作条件，因此上述常见的孔强化方式并不适用。

直接芯棒挤压虽然对孔径没有严格要求，但是直接芯棒挤压时轴向摩擦力较大，促使材料向挤出端流动，并最终在挤出端形成后期要用砂纸打磨消除的材料堆积；直接接触挤压还容易轴向划伤孔壁，形成潜在裂纹源。

因此，亟待提供一种含孔结构挤压装置、挤压总成及方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含孔结构挤压装置、挤压总成及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效减少轴向力，进而能够减少材料堆积，并减少挤压给孔壁造成的划痕。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种含孔结构挤压装置，包括挤压芯棒，所述挤压芯棒包括挤压强化段和安装段，所述安装段能够与驱动装置连接，所述挤压强化段能够伸入含孔结构的待挤压孔内，以对所述待挤压孔进行挤压；所述挤压强化段上沿轴向设置有多个环形凸起，所述环形凸起包括沿所述挤压芯棒的轴向由前向后依次设置的导入弧形段和平面段，所述平面段的直径等于所述导入弧形段的最大直径；其中，所述挤压强化段与所述安装段连接的一端为后端，另一端为前端。

优选的，沿所述挤压芯棒的轴向方向，所述平面段的后端还设置有一个与所述导入弧形段对称的导出弧形段。

优选的，所述挤压强化段上沿轴向设置有多级所述环形凸起，且全部级所述环形凸起的外径由前至后逐渐增大。

优选的，全部级所述环形凸起的平面段外径尺寸呈等差数列分布。

优选的，所述挤压强化段包括挤压强化过渡段和挤压强化保持段；其中，除最大外径的一级所述环形凸起之外的全部所述环形凸起形成所述挤压强化过渡段，最大外径的一级所述环形凸起设置有多个，形成所述挤压强化保持段，所述挤压强化保持段的多个所述环形凸起的直径相同；

所述挤压强化过渡段的全部所述环形凸起等间隔分布，所述挤压强化保持段的全部所述环形凸起等间隔分布，且所述挤压强化过渡段的相邻所述环形凸起之间的间隔大于所述挤压强化保持段的相邻所述环形凸起之间的间隔。

优选的，所述含孔结构挤压装置包括多根不同尺寸的所述挤压芯棒，最小尺寸的所述挤压芯棒的最前端的一级所述环形凸起的外径小于所述待挤压孔的直径，最后端的一级所述环形凸起的外径大于所述待挤压孔的直径。

本发明还提供一种含孔结构挤压总成，包括驱动装置以及上述的含孔结构挤压装置，所述含孔结构挤压装置安装于所述驱动装置上。

本发明还提供一种含孔结构挤压方法，采用上述的含孔结构挤压装置，包括以下步骤：

S1、将所述挤压芯棒的挤压强化段伸入待挤压孔中，并驱动所述挤压芯棒边旋转边轴向进给，以对所述待挤压孔进行挤压；

S2、挤压完成后，将所述挤压芯棒从挤压完成的孔中退出。

优选的，在所述步骤S1之前还包括步骤S11、根据所述待挤压孔的孔径与总挤压率确定总挤压量，再根据所述总挤压量选择多根不同尺寸的所述挤压芯棒；

所述步骤S1中，在所述挤压芯棒对所述待挤压孔挤压前和/或挤压过程中，还包括：在所述待挤压孔内加入润滑油；采用多根不同尺寸的所述挤压芯棒对所述待挤压孔进行多次挤压，且在挤压过程中，采用的所述挤压芯棒的尺寸(环形凸起外径尺寸)逐渐增大，以使所述待挤压孔逐步增大至目标尺寸。

优选的，在所述步骤S1之前还包括以下步骤：

S101、安装待加工工件；

S102、对所述待加工工件进行定位；

S103、在所述待加工工件上进行钻孔，得到所述待挤压孔；

S104、对所述待挤压孔进行倒角处理；

S105、对所述待挤压孔进行铰孔处理；

S106、检查所述待挤压孔的孔径；

在所述步骤S2之后还包括以下步骤：

S201、对挤压完成的孔进行铰孔处理；

S202、对所述挤压完成的孔的内孔壁进行抛光处理；

S203、对所述挤压完成的孔进行孔径测量。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明挤压强化段上沿轴向设置有多个环形凸起，环形凸起包括沿挤压强化段的轴向设置的弧形段和平面段，通过平面段与待挤压孔的内壁接触，并对待挤压孔的内壁进行挤压，相比于圆弧状凸起与孔壁有更大的接触面积，可以有效减少在引入旋转进给时凸起对孔壁的划伤，进而提高孔壁质量，同时在旋转进给的作用下，能够有效减少孔壁材料沿轴向的流动堆积。

本发明在相邻环形凸起间存在一定间隔形成凹槽，在挤压前和挤压过程中加入润滑油后可在凹槽内存储润滑油，使得挤压过程中有更好的润滑效果。

本发明挤压过程并不是单纯的直上直下，还能够带有一定的旋转，可以使挤压后表面质量更均匀。

本发明说明书中记载的其它技术方案相对于现有技术还取得了以下技术效果：

1、本发明挤压芯棒各级环形凸起的外径尺寸呈等差数列，递增的环形凸起外径使得每次挤压量保持一致，使挤压芯棒均匀受力，而且减小了挤压过程的阻力，使得挤压过程更顺利；

2、本发明挤压芯棒最大外径尺寸的环形凸起设置有多个，形成挤压强化保持段，能有效保证强化效果到达预期效果；

3、本发明在待加工工件上进行钻孔后、铰孔前，对待挤压孔进行倒角处理，可在一定程度上抑制孔挤压强化造成的翻边与毛刺问题；

4、本发明在待挤压孔挤压强化完成后，添加了铰孔、抛光步骤，可以显著提高表面质量；在高温高应力下，除了残余应力外，表面质量也是影响寿命的重要关联因素之一，因此通过抛光能够提升孔壁的表面质量；

5、本发明挤压芯棒的外表面涂覆有复合涂层薄膜，复合涂层薄膜可以采用类金刚石薄膜或纳米复合陶瓷薄膜，可明显增加挤压过程中的润滑效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中含孔结构挤压装置的三维模型示意图；

图2为本发明实施例中含孔结构挤压装置的二维模型示意图；

图3为图2中的A处放大示意图；

图4为本发明实施例中含孔结构挤压方法流程示意图；

图5为本发明实施例中含孔结构挤压方法流程框图；

图6为本发明实施例中Φ8.00mm-Φ8.07mm含孔结构挤压装置的二维工程图；

图7为本发明实施例中Φ8.05mm-Φ8.13mm含孔结构挤压装置的二维工程图；

图8为本发明实施例中强化样沿孔径向方向硬度分布图；

图9为本发明实施例中强化样与未强化样寿命对比图(650℃)；

图10为本发明实施例中Φ13.55mm-Φ13.63mm含孔结构挤压装置的二维工程图；

图11为本发明实施例中Φ13.61mm-Φ13.69mm含孔结构挤压装置的二维工程图；

图12为本发明实施例中挤压强化后的沿孔径向方向的硬度数值；

图13为本发明实施例中各工艺疲劳寿命对比；

其中，1为安装段，2为挤压强化段，201为挤压强化过渡段，202为挤压强化保持段，3为环形凸起，301为弧形段，302为平面段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种含孔结构挤压装置、挤压总成及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够有效减少轴向力，进而能够减少材料堆积，并减少挤压给孔壁造成的划痕。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图5所示，本实施例提供本发明提供一种含孔结构挤压装置，包括挤压芯棒，所述挤压芯棒包括挤压强化段2和安装段1，所述安装段1能够与驱动装置连接，其中驱动装置优选采用现有的工作主轴，通过工作主轴能够带动所述挤压强化段2伸入含孔结构的待挤压孔内，以对所述待挤压孔进行挤压，且工作主轴能够带动挤压芯棒旋转；所述挤压强化段2上沿轴向设置有多个环形凸起3，所述环形凸起3包括沿所述挤压强化段2的轴向由前至后设置的导入弧形段和平面段302，且至少部分所述环形凸起3的所述平面段302能够与所述待挤压孔的内壁接触，并对所述待挤压孔的内壁进行挤压。其中，所述挤压强化段2与所述安装段1连接的一端为后端，另一端为前端。

在本实施例中，沿所述挤压芯棒的轴向方向，所述平面段302的后端还设置有一个与所述导入弧形段对称的导出弧形段，且所述平面段302的直径与所述弧形段301的最大直径位置处的直径相等。

在本实施例中，所述挤压强化段2上沿轴向设置有多级所述环形凸起3，且全部级所述环形凸起3的外径沿朝向所述安装段1的方向逐渐增大，每级环形凸起3均可以设置有多个，且优选同级环形凸起3的外径相同；其中，外径最小的一级环形凸起3，其外径比待挤压孔被挤压前的孔径小0.01mm；外径最大的一级环形凸起3，其外径比待挤压孔挤压强化后的孔径大0.03mm。各级环形凸起3的外径尺寸呈等差数列，0.01mm≤相邻两级环形凸起3之间外径之差≤0.02mm。

在本实施例中，环形凸起3的级数根据所要求的总挤压率设置，总挤压率越大，级数越多，每一根挤压芯棒的环形凸起3最大级数≤8；由于待挤压孔的挤压量一般≥0.08mm，因此，可根据实际情况将挤压芯棒分成多根。

在本实施例中，第一根挤压芯棒外径最小的一级环形凸起3，其外径比待挤压孔被挤压前的孔径小0.01mm；后面每根挤压芯棒外径最小的一级环形凸起3，其外径比前一根挤压芯棒的最大一级环形凸起3的外径小0.02mm；最后一根挤压芯棒外径最大的一级环形凸起3，其外径比待挤压孔挤压强化后的孔径大0.03mm。

在本实施例中，对于挤压强化段2根据环形凸起3外径尺寸的渐进，将其分为挤压强化过渡段201和挤压强化保持段202；具体地，挤压强化过渡段201尺寸范围为每根挤压芯棒的最小环形凸起3外径到最大环形凸起3外径；挤压强化保持段202的环形凸起3外径尺寸为每根挤压芯棒的最大环形凸起3外径。其中，挤压强化保持段202包含多个外径尺寸最大的环形凸起3，其最大环形凸起3数取决于挤压强化保持段202长度与最大外径尺寸环形凸起3间隔。

在本实施例中，当待挤压孔的总挤压率≤3％，挤压强化过渡段201各环形凸起3之间的轴向间隙等间隔设置，挤压强化保持段202各环形凸起3之间的轴向间隙等间隔设置。挤压强化保持段202各环形凸起3之间的轴向间隙小于挤压强化过渡段201各环形凸起3之间的轴向间隙；间隙具体尺寸取决于总挤压率以及挤压强化段2的轴向长度。

在本实施例中，挤压强化段2的轴向长度取决于符合上述的尺寸精度范围的加工条件，但总长不宜超过30mm，防止过长因挤压力过大而折断。

本发明还提供一种含孔结构挤压总成，包括工作主轴以及上述的含孔结构挤压装置，所述含孔结构挤压装置安装于所述工作主轴上。

本发明采用挤压芯棒对待挤压孔的挤压强化过程如下：

首先根据不同孔径与总挤压率确定总挤压量，再根据总挤压量设计出若干根挤压芯棒(每根挤压芯棒的挤压量按照上述环形凸起3的级数要求进行合理分配)。

在挤压强化前与挤压强化过程中都应保证时刻加入适量的润滑油以保证润滑效果与挤压效果。挤压强化时应按照尺寸渐进顺序，从初始孔径到目标孔径依次进行挤压，每一段的挤压都分为进入和退出两个步骤。其中，每一段的挤压都可以使用同一挤压芯棒重复挤压多次，但是每一段的挤压次数都应适量，防止因过多次数而抑制材料回弹导致目标尺寸超差，也不能过少导致材料回弹过量导致未到达目标尺寸，并且要为之后的铰抛工艺留下一定的尺寸余量；因此每段挤压后都应及时进行孔径测量，判断是否在合理范围之内。

本实施例中含孔结构挤压方法整体流程如下：

如图4和图5所示，挤压强化工艺流程主要包括：钻孔-铰孔-若干段挤压-铰孔-抛光，具体实施如下，

1.待加工工件安装；首先，将用于制备含孔结构的待加工工件安装固定在专用孔挤压强化装置上，其中，待加工工件优选为平板工件，孔挤压强化装置为现有成熟技术，主要包括工作主轴、机床等，本实施例中便不再赘述。

2、对待加工工件进行X轴、Y轴定位；使用寻边器，依次进行待加工工件X轴、Y轴的定位。

3、钻孔；钻孔使用硬质合金钻头，直径根据初始孔径确定，应留有足够的铰削量；工作主轴转速调节至550r/min，钻孔切削进给量0.02mm/r，单次钻孔深度不超过0.2mm，通过多次进给和退出完成每个孔的钻孔加工，每次钻头退出需完全退出孔，并使用气枪吹去铁屑，以便于散热和排屑，钻孔过程中持续浇注不锈钢攻牙油，钻孔深度根据实际需求来确定；在孔即将钻穿板件的时候要减少进给量，放慢进给速度，不可强行下压，否则易造成钻头崩刃。钻孔完成后需用清洗剂清理孔表面的攻牙油，每钻6个孔须更换1把新钻头。

4、倒角；在钻孔后，铰孔前进行倒角，可在一定程度上抑制孔挤压强化造成的翻边与毛刺问题，实际倒角量应根据实际要求以及实际加工过程中产生的误差来确定。

5、铰孔；铰孔使用硬质合金铰刀，直径即为初始孔径，工作主轴转速66r/min，铰孔进给量0.2mm/r，铰孔过程中需浇注不锈钢攻牙油，为了保证铰孔质量，当铰刀贯穿孔后应将铰刀固定，使其保持一段时间后再退出孔；每铰6个孔须更换1把新铰刀。

6、检查强化前孔径；采用内径千分尺测量孔径，保证孔径误差在0.03mm以内。

7、挤压强化孔；挤压芯棒采用弹簧夹头锁紧在工作主轴上，由于夹挤压芯棒时需要更换夹头，因此需要将孔重新定位，利用寻边器定位孔径中心，之后便可进行挤压。通过多次旋转进给和退出完成每个孔的挤压强化，转速调至低速66r/min，每次进入孔的轴向挤压深度不超过0.05mm，保持恒速缓慢进给和退出(原则上应恒速)，每次挤压芯棒退出动作须完全退出整个孔。挤压芯棒在每次进入孔前都应完全涂覆冷挤压专用润滑剂，在挤压过程中切忌停顿，否则容易造成卡棒；每挤压6个孔须更换1只新挤压芯棒。

挤压段数根据实际挤压量来确定，若挤压芯棒数量≥2，则对于第一段挤压，考虑到材料的回弹，在这个阶段应尽可能的进行多次挤压，减轻后续挤压的压力。对于最后一段挤压，应进行适当次数挤压，既要保证挤压量又要为之后的研磨抛光工艺留有一定的材料余量。其中每一段挤压后都应及时进行内径测量，保证孔径误差在0.02mm以内。

8、铰削去毛刺；

9、抛光提高表面质量；在高温高应力下，除了残余应力外，表面质量也是影响寿命的重要关联因素之一，因此需要通过抛光来提升孔壁的表面质量，实践证明可达到Ra0.1μm。

10、抛光后孔径测量；采用内径千分尺测量孔径，保证孔径在实际尺寸公差范围内。

综上，本发明提出了一种适用于Φ8mm～Φ15mm孔径，深径比0.5～1的孔结构的多级环形凸起分段式旋转挤压强化工艺，该工艺操作简单，同时也能有效高效的保证孔加工精度；而且本发明通过挤压芯棒伸入孔结构内对孔进行挤压强化，引入了一定的弹塑性变形层，使孔壁表层硬度得以显著提升，孔壁表层引入较大的残余压应力，一定程度提高了含孔结构在高温高应力状态下的疲劳寿命，使用较低的成本、简单的工艺实现较好的强化效果。

实施例二

本实施例中待挤压孔的目标孔径

深度4mm，含孔结构采用镍基高温合金GH4169材料制成，含孔结构挤压装置的材料采用钨钢，硬度为68HRC；待挤压孔的挤压率1.2％，即初始孔径Φ8.00mm，目标孔径Φ8.10mm。

如图6和图7所示，按照上述含孔结构挤压装置设计要求，将含孔结构挤压装置设置包括两根挤压芯棒，第一根挤压芯棒的环形凸起3的直径为Φ8.00mm-Φ8.07mm，第二根挤压芯棒的环形凸起3的直径为Φ8.05mm-Φ8.13mm。每根挤压芯棒上设有若干级环形凸起3，第一级(离安装段1最远的一级)环形凸起3的外径尺寸最小，后续环形凸起3的外径尺寸逐渐增大，直到最大外径尺寸的一级环形凸起3前组成挤压强化过渡段201，之后最大外径尺寸的一级环形凸起3则设置有6段最大外径尺寸的环形凸起3，组成挤压强化保持段202。其中，挤压强化过渡段201的环形凸起3间的轴向间距为0.8mm，挤压强化保持段202的环形凸起3间的轴向间距为0.5mm。

本实施例中含孔结构挤压方法具体过程如下：

1、安装待加工工件：首先，将待加工工件安装固定在专用孔挤压强化装置上。

2、对待加工工件进行X轴、Y轴定位：使用寻边器，依次进行待加工工件的X轴、Y轴的定位。

3、钻孔：使用硬质合金钻头进行钻孔，硬质合金钻头直径为Φ7.70mm，工作主轴转速调节至550r/min，钻孔切削进给量0.02mm/r，单次钻孔深度不超过0.2mm，通过多次进给和退出完成每个孔的钻孔加工，每次钻头退出需完全退出孔，并使用气枪吹去铁屑，以便于散热和排屑，钻孔过程中持续浇注不锈钢攻牙油，钻孔深度为4mm；在孔即将钻穿板件的时候要减少进给量，放慢进给速度，不可强行下压，否则易造成钻头崩刃；钻孔完成后需用清洗剂清理孔表面的攻牙油，每钻6个孔须更换1把新钻头。

4、倒角：在钻孔后，铰孔前进行倒角，可在一定程度上抑制孔挤压强化造成的翻边与毛刺问题；按照要求，Φ8.10mm孔两边应各有0.3mm的倒角，此时钻孔Φ7.70mm，考虑到实际加工过程中产生的误差，此时应双边各倒角0.4mm。

5、铰孔：铰孔使用硬质合金铰刀，硬质合金铰刀直径为Φ7.98mm；工作主轴转速66r/min，铰孔进给量0.2mm/r，铰孔过程中需浇注不锈钢攻牙油，为了保证铰孔质量，当铰刀贯穿孔后应将铰刀固定，使其保持一段时间后再退出孔；每铰6个孔须更换1把新铰刀。

6、检查强化前孔径：采用内径千分尺测量孔径，保证孔径误差在0.03mm以内。

7、挤压强化孔：挤压芯棒采用弹簧夹头锁紧在主轴上，由于夹挤压芯棒时需要更换夹头，因此需要将孔重新定位，利用寻边器定位孔径中心，之后便可进行挤压；采用挤压量为1.2％的挤压芯棒，通过多次旋转进给和退出完成每个孔的挤压强化，转速调至低速66r/min，每次进入孔的轴向挤压深度不超过0.05mm，保持恒速缓慢进给和退出(原则上应恒速)，每次挤压芯棒退出动作须完全退出整个孔；挤压芯棒在每次进入孔前都应完全涂覆冷挤压专用润滑剂，在挤压过程中切忌停顿，否则容易造成卡棒；每挤压6个孔须更换1只新挤压芯棒。

71、一段挤压：第一段挤压芯棒环形凸起3直径范围是Φ8.00mm-Φ8.07mm，考虑到材料的回弹，在这个阶段应尽可能的进行多次挤压，减轻第二段挤压的压力。

72、一段挤压后孔径测量：采用内径千分尺测量孔径，保证孔径在Φ8.05mm-Φ8.07mm范围以内。

73、二段挤压：第二段挤压芯棒环形凸起3直径范围是Φ8.05mm-Φ8.13mm；这个阶段应进行适当次数挤压，既要保证挤压量又要为之后的研磨抛光工艺留有一定的材料余量。

74、二段挤压后孔径测量：采用内径千分尺测量孔径，保证孔径在Φ8.08mm-Φ8.10mm以内。

8、铰削去毛刺：挤压后使用

铰刀铰削孔径，操作与步骤5相同。

9、抛光提高表面质量：在高温高应力下，除了残余应力外，表面质量也是影响寿命的重要关联因素之一，因此通过抛光来提升孔壁的表面质量。

10、抛光后孔径测量：采用内径千分尺测量孔径，保证孔径在

范围内，含孔结构挤压强化后的沿孔径向方向硬度分布如图8所示，挤压强化后的疲劳寿命数据如图9所示。

可以看到通过本实施例的多级环形凸起多段式旋转挤压工艺，使孔壁表层硬度得以显著提升，与此同时，显著提高了孔的疲劳寿命。

实施例三

本实施例中待挤压孔的目标孔径

深度6mm，含孔结构由镍基高温合金GH4169材料制成，含孔结构挤压装置的材料采用钨钢，硬度为68HRC；待挤压孔的挤压率1％，即初始孔径Φ13.56mm，目标孔径Φ13.70mm.

如图10和图11所示，按照上述含孔结构挤压装置设计要求，将含孔结构挤压装置设置为包括两根挤压芯棒，第一根挤压芯棒的环形凸起3直径为Φ13.55mm-Φ13.63mm，第二根挤压芯棒的环形凸起3直径为Φ13.61mm-Φ13.69mm。每根挤压芯棒上设有若干级环形凸起3，第一级环形凸起3的外径尺寸最小，后续环形凸起3的外径尺寸逐渐增大，直到最大外径尺寸环形凸起3前组成挤压强化过渡段201，之后则有5段最大外径尺寸环形凸起3组成挤压强化保持段202。其中，挤压强化过渡段201的环形凸起3间的轴向间距为0.5mm，挤压强化保持段202的环形凸起3间的轴向间距为0.5mm。

本实施例中含孔结构挤压方法具体过程与实施例二相同。

本实施例中含孔结构挤压强化后的沿孔径向方向的硬度分布如图12所示，挤压强化后的疲劳寿命数据如图13所示。

可以看到，通过本实施例的多级环形凸起多段式旋转挤压工艺，使孔壁表层硬度得以显著提升，且深度达到1000μm；与此同时，对比了各种不同工艺在650℃，600MPa工况条件下的疲劳寿命，可以看出本实施例工艺为优化工艺，显著提高了孔的疲劳寿命。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种含孔结构挤压装置，包括挤压芯棒，其特征在于：所述挤压芯棒包括挤压强化段和安装段，所述安装段能够与驱动装置连接，所述挤压强化段能够伸入含孔结构的待挤压孔内，以对所述待挤压孔进行挤压；所述挤压强化段上沿轴向设置有多个环形凸起，所述环形凸起包括沿所述挤压芯棒的轴向由前向后依次设置的导入弧形段和平面段，所述平面段的直径等于所述导入弧形段的最大直径；其中，所述挤压强化段与所述安装段连接的一端为后端，另一端为前端。

2.根据权利要求1所述的含孔结构挤压装置，其特征在于：沿所述挤压芯棒的轴向方向，所述平面段的后端还设置有一个与所述导入弧形段对称的导出弧形段。

3.根据权利要求1所述的含孔结构挤压装置，其特征在于：所述挤压强化段上沿轴向设置有多级所述环形凸起，且全部级所述环形凸起的外径由前至后逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的含孔结构挤压装置，其特征在于：全部级所述环形凸起的平面段外径尺寸呈等差数列分布。

5.根据权利要求3所述的含孔结构挤压装置，其特征在于：所述挤压强化段包括挤压强化过渡段和挤压强化保持段；其中，除最大外径的一级所述环形凸起之外的全部所述环形凸起形成所述挤压强化过渡段，最大外径的一级所述环形凸起设置有多个，形成所述挤压强化保持段，所述挤压强化保持段的多个所述环形凸起的直径相同；

所述挤压强化过渡段的全部所述环形凸起等间隔分布，所述挤压强化保持段的全部所述环形凸起等间隔分布，且所述挤压强化过渡段的相邻所述环形凸起之间的间隔大于所述挤压强化保持段的相邻所述环形凸起之间的间隔。

6.根据权利要求3所述的含孔结构挤压装置，其特征在于：所述含孔结构挤压装置包括多根不同尺寸的所述挤压芯棒，最小尺寸的所述挤压芯棒的最前端的一级所述环形凸起的外径小于所述待挤压孔的直径，最后端的一级所述环形凸起的外径大于所述待挤压孔的直径。

7.一种含孔结构挤压总成，其特征在于：包括驱动装置以及如权利要求1-6任意一项所述的含孔结构挤压装置，所述含孔结构挤压装置安装于所述驱动装置上。

8.一种含孔结构挤压方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任意一项所述的含孔结构挤压装置，包括以下步骤：

S1、将所述挤压芯棒的挤压强化段伸入待挤压孔中，并驱动所述挤压芯棒边旋转边轴向进给，以对所述待挤压孔进行挤压；

S2、挤压完成后，将所述挤压芯棒从挤压完成的孔中退出。

9.根据权利要求8所述的含孔结构挤压方法，其特征在于：在所述步骤S1之前还包括步骤S11、根据所述待挤压孔的孔径与总挤压率确定总挤压量，再根据所述总挤压量选择多根不同尺寸的所述挤压芯棒；

所述步骤S1中，在所述挤压芯棒对所述待挤压孔挤压前和/或挤压过程中，还包括：在所述待挤压孔内加入润滑油；采用多根不同尺寸的所述挤压芯棒对所述待挤压孔进行多次挤压，且在挤压过程中，采用的所述挤压芯棒的尺寸逐渐增大，以使所述待挤压孔逐步增大至目标尺寸。

10.根据权利要求8或9所述的含孔结构挤压方法，其特征在于：

在所述步骤S1之前还包括以下步骤：

S101、安装待加工工件；

S102、对所述待加工工件进行定位；

S103、在所述待加工工件上进行钻孔，得到所述待挤压孔；

S104、对所述待挤压孔进行倒角处理；

S105、对所述待挤压孔进行铰孔处理；

S106、检查所述待挤压孔的孔径；

在所述步骤S2之后还包括以下步骤：

S201、对挤压完成的孔进行铰孔处理；

S202、对所述挤压完成的孔的内孔壁进行抛光处理；

S203、对所述挤压完成的孔进行孔径测量。

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