[发明专利]一种电磁孔强化方法

说明书

技术领域

本发明属于孔强化领域，更具体地，涉及一种电磁孔强化方法。

背景技术

机械结构中有大量的孔，其起到连接、紧固、导通等作用。但是由于孔的应力集中，机械结构中孔疲劳破坏占了很大一部分。因此也诞生了众多的孔强化技术，以提高其寿命。其中冷挤压技术是比较成熟有效的一类，在飞机制造中得到广泛应用。但是冷挤压方式也存在残余应力分布不均匀、微小孔及异形孔强化困难、与孔壁接触摩擦中易引入新的疲劳源、孔和挤压带孔板件尺寸需要精确配合而导致加工精度要求高等问题。脉冲电磁力具有力大迅速且无接触的特点，因而人们提出了一些使用脉冲电磁力来实现孔化的方法。目前主要两种方法，其中一种是将强化线圈插入孔中，然后在线圈中通入时变的电流，孔壁感应涡流，从而产生线圈对孔壁的压力，孔径向扩张，孔边发生塑性变形，电磁处理完成后在孔壁产生残余压应力层，从而提高孔的抗疲劳能力。该方法具有沿孔壁方向残余压应力分布较均匀的优点，但是在强化屈服强度大的金属材料时存在所需脉冲电流大，对脉冲电源和开关要求高的问题。另外当孔径较小时，制作能够插入的小线圈比较困难，而且所需电流非常大，因而引起线圈过热和线圈本身结构破坏。另外一种方法是在板件强化前首先不开孔，而是先在板件开孔部位侧面放置线圈，然后在线圈中通入时变的电流，带孔板件中感应涡流，从而产生很大的轴向电磁压力，使带孔板件开孔部位发生塑性变形，最后在被强化部位引入需要的孔。该方法原理上简单，但所需非常电流大，线圈易过热并且线圈结构破坏，脉冲电源和开关要求非常高。上述两种脉冲电磁力孔强化方法，工程上不容易实现，即使实现也很难工业化应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁孔强化方法，其目的在于，解决传统孔强化残余应力分布不均匀、难以强化细孔和异形孔、孔和挤压带孔板件需精确配合且加工精度要求高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电磁孔强化方法，包括以下步骤：

（1）将强化线圈放置于带孔板件侧面或者放入孔中，其中强化线圈与带孔板件的孔同轴；

（2）将强化线圈和带孔板件放置到轴向背景磁场中；

（3）强化线圈接入脉冲电源；

（4）脉冲电源放电，强化线圈在带孔板件孔边产生感应涡流；

（5）在轴向背景磁场和感应涡流的共同作用下，在带孔板件孔边产生径向电磁力，该电磁力驱动孔扩张，带孔板件孔边发生塑性变形，放电完成后，带孔板件孔边形成残余压应力层。

优选地，强化线圈产生的轴向磁场与轴向背景磁场方向相反。

优选地，可以只在带孔板件一侧放置强化线圈，也可以在带孔板件两侧对称布置布置两个强化线圈。

优选地，轴向背景磁场是由永磁体和导磁臂产生的稳态磁场，且能盖带孔板件的感应涡流区域。

优选地，轴向背景磁场是由常规电磁铁和导磁臂产生的稳态磁场，且能覆盖带孔板件的感应涡流区域。

优选地，轴向背景磁场是由脉冲磁体产生的长脉冲磁场，且能覆盖带孔板件的感应涡流区域。

优选地，强化线圈所接入的脉冲电源在轴向背景磁场峰值时刻附近放电。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明中电磁力同时对孔壁进行强化，作用力均匀，因而其强化后残余压应力均匀度明显好于传统的孔冷挤压强化方式，因而寿命较传统的孔冷挤压强化方式有大幅度提高。

2、本发明中强化线圈不与孔壁接触，因而其孔壁表面质量不会被破坏，不引入新的疲劳源。

3、本发明中对孔的尺寸精度要求低，一定尺寸范围内的孔均可以取得一致的强化效果。

4、本发明中可以通过灵活设计强化线圈尺寸和结构来获得想要的强化载荷分布，实现灵活多样的强化。

5、本发明中可以非常容易通过调节强化线圈的放电电压或者背景磁场的大小来调节强化效果，避免了传统方式需要更换不同直径的芯棒来实现不通的孔扩张量。

6、本发明中同一套强化线圈可以强化较大尺寸范围内和不同形状的孔，通用性强。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的电磁孔强化方法的示意图。

图2是本发明背景磁体和强化线圈轴向磁场时序配合示意图。

图3是本发明涡流、背景磁场和电磁力分布示意图。

图4是根据本发明第二实施方式的电磁孔强化方法的示意图。

图5是根据本发明第三实施方式的电磁孔强化方法的示意图。