开缝衬套冷挤压强化技术能显著提高紧固孔的疲劳寿命,已广泛应用于航天航空、道路轨道等领域。开缝衬套是该项技术的关键部分,其制备要求高,难度大。目前国外衬套制备技术已相当成熟,国内衬套制备技术还有待提高,特别是小直径开缝衬套的制备。因此,本文基于双轴柔性滚弯成形原理,对小直径衬套制备工艺及性能展开研究,采用试验与仿真相结合的方法,主要工作及获得成果如下:1.针对刚性轴专用夹具进行改进设计,并通过ADAMS软件对夹具进行动力学仿真,验证了夹具装夹的稳定性和操作的可行性,该夹具可制备出直径20mm~10mm的小直径开缝衬套。利用改进设备进行双轴柔性滚弯试验,分析刚性轴直径、弹性轮外径和带材宽度对衬套成形极限尺寸的影响。说明衬套成形极限尺寸随着刚性轴直径的减小而减小。在使用直径8mm以下刚性轴时,弹性轮外径减小或带材宽度减小,衬套成形极限尺寸随之减小;在使用直径8mm以上刚性轴时,弹性轮外径或带材宽度改变对衬套成形极限尺寸的影响不明显。2.建立了衬套翻边过程的三维有限元模型,并通过MATLAB图像识别程序获取翻边半径值,说明衬套翻边不能与外模圆角完全贴合,翻边半径过大或过小,贴合情况越不理想。利用该仿真模型分析不同翻边半径下衬套的应力、应变分布及轴承工具受力情况,仿真结果表明:应力随着翻边半径的增大而增大。当翻边半径为1mm和1.5mm时,翻边外形较好,翻边外部变形决定了最终翻边形状;当翻边半径大于2mm时,翻边开始出现皱曲缺陷,且翻边变形差别较大。轴承受力随着翻边半径的增大而增大。根据仿真结果对衬套进行翻边试验,翻边外形良好。3.用自制备小直径开缝衬套进行孔的冷挤压试验,设计制造配套挤压芯棒及专用夹具。试验表明挤压力随着芯棒的运动先增大后减小,挤压力随着挤压量的增大而增大,挤压后孔壁存在一处凸脊,衬套变形破坏不能再次使用。对冷挤压孔进行残余应力检测和显微硬度测量,结果说明冷挤压孔周存在压应力场,挤压量越大,应力值越大。孔周显微硬度提升,挤压量越大,提升值越大。检测结果说明了基于小直径开缝衬套的孔冷挤压强化效果,小直径开缝衬套的性能良好。4.建立了孔冷挤压过程的三维有限元模型,仿真结果说明冷挤压试样表面的应力呈现左右对称分布,沿试样厚度方向,最大应力分布在中部,衬套最大塑性应变在翻边和开缝处。该模型通过残余应力检测结果及文献对比得到验证。利用该模型分析有无衬套挤压、相对挤压量、开缝宽度、衬套厚度和初孔直径不同的情况下,试样应力分布、挤压力和衬套变形情况。结果说明使用开缝衬套冷挤压必然产生开缝效应,但使挤压力更均匀。相对挤压量增大,孔周残余应力增大,切向压应力范围增大,开缝效应增强。开缝宽度增加,开缝效应增强,开缝宽度不宜超过3mm。衬套厚度增加使径向应力稍有减小,衬套变形程度随着衬套厚度的增加而减弱。初孔直径增大,孔周残余应力增大,挤压力增大,衬套变形程度增强。