一種電磁孔強化方法技術

本發明專利技術公開了一種電磁孔強化方法，其在帶孔板件端面或孔中放置強化線圈，同時在帶孔板件端面放置背景磁體，使孔邊處于軸向背景磁場中，孔強化時，強化線圈中通入快速變化的脈沖電流，從而在帶孔板件上感應渦流，其中強化線圈產生的軸向磁場方向與背景磁體產生的軸向背景磁場相反。在渦流和背景磁場共同作用下，孔周圍產生脈沖徑向電磁力，使孔徑向擴張，進而孔邊發生塑性變形，電磁放電完成后，孔邊會產生的殘余壓應力層，從而起到強化孔的效果。本發明專利技術的方法具有與孔壁無接觸、殘余壓應力分布均勻、可強化孔的種類多、易于調節和控制、強化速度快的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于孔強化領域，更具體地，涉及。
技術介紹
機械結構中有大量的孔，其起到連接、緊固、導通等作用。但是由于孔的應力集中，機械結構中孔疲勞破壞占了很大一部分。因此也誕生了眾多的孔強化技術，以提高其壽命。其中冷擠壓技術是比較成熟有效的一類，在飛機制造中得到廣泛應用。但是冷擠壓方式也存在殘余應力分布不均勻、微小孔及異形孔強化困難、與孔壁接觸摩擦中易引入新的疲勞源、孔和擠壓帶孔板件尺寸需要精確配合而導致加工精度要求高等問題。脈沖電磁力具有力大迅速且無接觸的特點，因而人們提出了一些使用脈沖電磁力來實現孔化的方法。目前主要兩種方法，其中一種是將強化線圈插入孔中，然后在線圈中通入時變的電流，孔壁感應渦流，從而產生線圈對孔壁的壓力，孔徑向擴張，孔邊發生塑性變形，電磁處理完成后在孔壁產生殘余壓應力層，從而提高孔的抗疲勞能力。該方法具有沿孔壁方向殘余壓應力分布較均勻的優點，但是在強化屈服強度大的金屬材料時存在所需脈沖電流大，對脈沖電源和開關要求高的問題。另外當孔徑較小時，制作能夠插入的小線圈比較困難，而且所需電流非常大，因而引起線圈過熱和線圈本身結構破壞。另外一種方法是在板件強化前首先不開孔，而是先在板件開孔部位側面放置線圈，然后在線圈中通入時變的電流，帶孔板件中感應渦流，從而產生很大的軸向電磁壓力，使帶孔板件開孔部位發生塑性變形，最后在被強化部位引入需要的孔。該方法原理上簡單，但所需非常電流大，線圈易過熱并且線圈結構破壞，脈沖電源和開關要求非常高。上述兩種脈沖電磁力孔強化方法，工程上不容易實現，即使實現也很難工業化應用。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了，其目的在于，解決傳統孔強化殘余應力分布不均勻、難以強化細孔和異形孔、孔和擠壓帶孔板件需精確配合且加工精度要求高的技術問題。為實現上述目的，按照本專利技術的一個方面，提供了，包括以下步驟:(1)將強化線圈放置于帶孔板件側面或者放入孔中，其中強化線圈與帶孔板件的孔同軸；(2)將強化線圈和帶孔板件放置到軸向背景磁場中；(3)強化線圈接入脈沖電源；(4)脈沖電源放電，強化線圈在帶孔板件孔邊產生感應渦流；(5)在軸向背景磁場和感應渦流的共同作用下，在帶孔板件孔邊產生徑向電磁力，該電磁力驅動孔擴張，帶孔板件孔邊發生塑性變形，放電完成后，帶孔板件孔邊形成殘余壓應力層。優選地，強化線圈產生的軸向磁場與軸向背景磁場方向相反。優選地，可以只在帶孔板件一側放置強化線圈，也可以在帶孔板件兩側對稱布置布置兩個強化線圈。優選地，軸向背景磁場是由永磁體和導磁臂產生的穩態磁場，且能蓋帶孔板件的感應渦流區域。優選地，軸向背景磁場是由常規電磁鐵和導磁臂產生的穩態磁場，且能覆蓋帶孔板件的感應渦流區域。優選地，軸向背景磁場是由脈沖磁體產生的長脈沖磁場，且能覆蓋帶孔板件的感應渦流區域。優選地，強化線圈所接入的脈沖電源在軸向背景磁場峰值時刻附近放電。總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果:1、本專利技術中電磁力同時對孔壁進行強化，作用力均勻，因而其強化后殘余壓應力均勻度明顯好于傳統的孔冷擠壓強化方式，因而壽命較傳統的孔冷擠壓強化方式有大幅度提聞。2、本專利技術中強化線圈不與孔壁接觸，因而其孔壁表面質量不會被破壞，不引入新的疲勞源。3、本專利技術中對孔的尺寸精度要求低，一定尺寸范圍內的孔均可以取得一致的強化效果。4、本專利技術中可以通過靈活設計強化線圈尺寸和結構來獲得想要的強化載荷分布，實現靈活多樣的強化。5、本專利技術中可以非常容易通過調節強化線圈的放電電壓或者背景磁場的大小來調節強化效果，避免了傳統方式需要更換不同直徑的芯棒來實現不通的孔擴張量。6、本專利技術中同一套強化線圈可以強化較大尺寸范圍內和不同形狀的孔，通用性強。【附圖說明】圖1是根據本專利技術第一實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。圖2是本專利技術背景磁體和強化線圈軸向磁場時序配合示意圖。圖3是本專利技術渦流、背景磁場和電磁力分布示意圖。圖4是根據本專利技術第二實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。圖5是根據本專利技術第三實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。圖6是根據本專利技術第四實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。圖7是根據本專利技術第五實施方式的電磁孔強化方法的示意圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的 目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。在材料強度高或者板材較厚等情況下，強化所需的背景磁場較大，在這種情況下可以使用脈沖磁體來提供背景磁場是十分經濟有效的方案。如圖1所示，根據本專利技術的第一實施方式的電磁孔強化方法包括以下步驟:( 1)將第一強化線圈I和第一背景磁體2放置于帶孔板件3上端面，將第二強化線圈4和第二背景磁體5放置于帶孔板件3下端面；其中第一強化線圈1、第二強化線圈4、第一背景磁體2和第二背景磁體5均與帶孔板件3的孔同軸，且第一背景磁體2和第二背景磁體5具有相同的電磁參數，第一強化線圈I和第二強化線圈4具有相同的電磁參數；(2)將第一背景磁體2和第二背景磁體5串聯接入由第一電容器11、第一開關12和第一續流二極管13組成的第一脈沖電源6 ;設計時第一背景磁體2和第二背景磁體5的電感值和第一電容器11的電容值選擇比較大，因而其脈沖電流脈寬較寬，保證軸向背景磁場不被帶孔板件3產生磁場嚴重抵消；(3)將第一強化線圈I和第二強化線圈4串聯接入由第二電容器14、第二開關15和第二續流二極管16組成的第二脈沖電源7 ;設計時第一強化線圈1和第二強化線圈4的電感值和第二電容器14的電容值選擇比較小使其脈沖電流脈寬較窄，保證帶孔板件3上感應足夠大的渦流；(4)第一脈沖電源6放電,放電過程中第一背景磁體2和第二背景磁體5在帶孔板件3孔邊產生軸向背景磁場；(5)第二脈沖電源7在軸向背景磁場峰值的時刻放電，第一強化線圈1和第二強化線圈4在帶孔板件3孔邊產生感應渦流；(6)在軸向背景磁場和感應渦流的共同作用下，在帶孔板件3孔邊產生徑向電磁力，該電磁力驅動孔擴張，帶孔板件3孔邊發生塑性變形，放電完成后，帶孔板件3孔邊形成殘余壓應力層；其中第一強化線圈I和第二強化線圈4的產生的軸向磁場與第一背景磁體2和第二背景磁體5產生的軸向背景磁場方向相反；強化線圈和背景磁體的軸向磁場時序配合示意圖見圖2。圖3給出了渦流、背景磁場和電磁力相互作用及分布示意圖。在材料強度低或者板材較薄等情況下，強化所需的背景磁場較小，在這種情況下可以使用永磁體來提供背景磁場，這樣可以簡化設計，并省卻一套電源。如圖4所示，根據本專利技術的第二實施方式的電磁孔強化方法包括以下步驟:( 1)將第一強化線圈I和第二強化線圈4對稱放置于帶孔板件3兩側，其中第一強化線圈I和第二強化線圈2均與帶孔板件3的孔同軸，且第一強化線圈1和第二強化線圈4具有相同的電磁參數；(2)將第一強化線圈1、第二強化線圈4以及帶孔板件3放置到由永磁體21和22以及導磁臂23產生的軸向背景磁場中，并保證提供的軸向背景磁場覆蓋帶孔板件3的感應渦流區域；(3)將第一強化線圈I和第二強化線圈4串聯接入由第二電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電磁孔強化方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將強化線圈放置于帶孔板件側面或者放入孔中，其中強化線圈與帶孔板件的孔同軸；（2）將強化線圈和帶孔板件放置到軸向背景磁場中；（3）強化線圈接入脈沖電源；（4）脈沖電源放電，強化線圈在帶孔板件孔邊產生感應渦流；（5）在軸向背景磁場和感應渦流的共同作用下，在帶孔板件孔邊產生徑向電磁力，該電磁力驅動孔擴張，帶孔板件孔邊發生塑性變形，放電完成后，帶孔板件孔邊形成殘余壓應力層。

【技術特征摘要】
1.一種電磁孔強化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將強化線圈放置于帶孔板件側面或者放入孔中，其中強化線圈與帶孔板件的孔同軸； (2)將強化線圈和帶孔板件放置到軸向背景磁場中； (3)強化線圈接入脈沖電源； (4)脈沖電源放電，強化線圈在帶孔板件孔邊產生感應渦流； (5)在軸向背景磁場和感應渦流的共同作用下，在帶孔板件孔邊產生徑向電磁力，該電磁力驅動孔擴張，帶孔板件孔邊發生塑性變形，放電完成后，帶孔板件孔邊形成殘余壓應力層。2.根據權利要求1所述的電磁孔強化方法，其特征在于，強化線圈產生的軸向磁場與軸向背景磁場方向相反。3.根據權利要求1所述的電磁孔強化方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李亮，周中玉，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：