近年来,大型客机C919和第五代战机歼-20的出现都预示着我国航空事业的飞速发展,对于飞机抗疲劳制造技术的要求也是不断提高。开缝衬套冷挤压强化技术广泛的应用于航空领域,它可以显著提高飞机紧固孔的疲劳寿命。开缝衬套是其中最重要的部件之一,国内开缝衬套制备技术与国外仍有差距,尤其是小直径开缝衬套的制备,一定程度上限制了开缝衬套冷挤压强化技术的发展。因此,本文基于双轴柔性滚弯成形原理,采用试验和仿真相结合的方法,针对301型不锈钢开缝衬套的制备工艺和使用性能展开研究,主要工作及成果如下:1.基于对不同厚度的301型不锈钢带材成形情况的研究,优化出适宜小直径直筒开缝衬套制备的厚度为0.3mm的带材作为研究对象。通过带材拉伸试验准确建立双轴柔性滚弯过程的有限元仿真模型,并通过MATLAB图像识别程序获取带材成形曲率半径;仿真模型分析了不同双轴柔性滚弯工艺参数下的带材成形情况,随着弹性轮硬度的增加、刚性轴直径的减小以及带材硬度的降低均会导致带材成形曲率半径的减小,并发现可夹持刚性轴直径的突破是制备10mm以下小直径直筒开缝衬套的关键。2.基于小直径开缝衬套的制备要求重新设计刚性轴夹具,并通过强度校核、ADAMS动力学仿真验证其可行性。基于稳定夹持直径8mm以下刚性轴的设计目的,设计采用了两端固定支撑、增加轴套以及组合轴承的全新结构;并通过在轴的两端施加轴向拉力来提高轴的抗弯曲能力。试验中,该夹具可以顺利完成直径6mm和8mm刚性轴的稳定夹持,并成功制备出直径10mm以下的小直径直筒开缝衬套。3.基于新刚性轴夹具开展双轴柔性滚弯试验,采用厚度为0.3mm硬度为H、3/4H和1/2H的301型不锈钢带材。基于二元析因试验判断因素间的交互作用准确设计刚性轴直径、挤压量和带材硬度的三因素两水平正交试验,试验结果表明挤压量为最主要的影响因素,其次为带材硬度,随后为刚性轴直径与挤压量的交互作用,最后为刚性轴直径;且优化出了一组制备小直径直筒开缝衬套的最佳参数组合。基于单因素试验来研究各因素对于带材成形曲率半径影响的具体趋势,在挤压量不变的情况下,弹性轮硬度增加、刚性轴直径降低、带材硬度和宽度的降低均会使得带材成形曲率半径的降低,并且测定了不同硬度带材在滚弯过程中刚性轴的受力情况,量化了带材的滚弯成形力。4.基于仿真和试验中得出的关于双轴柔性滚弯工艺参数对带材成形规律的影响,使用直径为6mm的刚性轴、硬度为60D的弹性轮以及硬度为1/2H和3/4H的301型不锈钢带材制备出直径为8mm的小直径直筒开缝衬套,为目前国产开缝衬套的最小直径。5.针对自行制备的301型不锈钢直筒开缝衬套的使用性能,开展了翻边和冷挤压验证试验。试验完成了直径8mm、10mm和15mm直筒开缝衬套的翻边,翻边结果良好,没有出现裂纹;基于直径10mm和15mm的开缝衬套对2024铝合金试样进行开缝衬套冷挤压强化,检测强化后孔壁周围的硬度变化,发现硬度随着挤压量的增加而增加,且孔壁表面质量良好,验证了301型不锈钢开缝衬套的冷挤压强化效果。6.考察301型不锈钢带材在经历滚弯、翻边和冷挤压过程后的微观组织变化。结果表明组织中的亚稳态奥氏体逐渐转变为板条状马氏体,冷挤压后的开缝衬套强度硬度升高,塑性韧性下降,发生了严重的硬化和变形,验证了衬套开缝的必要性和使用的一次性,同时揭示了选择开缝衬套制备材料硬度的重要性。