專利名稱：測量部件中的殘余應(yīng)力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量部件中殘余應(yīng)力的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種測量發(fā)動機部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的方法，該發(fā)動機部件尤其是金屬部件，其應(yīng)力從某個制造工序如滾壓成型開始時就升高。
背景技術(shù)：
在諸如滾壓成型這樣的制造工序中，其會在部件整個厚度上產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力不會馬上顯現(xiàn)出來，因為它們往往均勻地分布在坯段的整個厚度上(并且因此并不會產(chǎn)生凈應(yīng)變)。當(dāng)部件在使用時，殘余應(yīng)力是一種隱患，因為施加的負(fù)荷會使得部件內(nèi)的應(yīng)力高于預(yù)期。甚至，如果部件被加工而得到滾壓后尺寸，殘余應(yīng)力會在加工后造成預(yù)料不到的扭曲變形。能夠測量這些殘余應(yīng)力是有利的，使得當(dāng)部件在被使用中或進(jìn)行后續(xù)加工時殘余應(yīng)力可以被考慮。這樣做可以避免因為預(yù)料之外的高應(yīng)力而導(dǎo)致部件使用壽命的意外折損，并且還能在部件被制造的過程中考慮到殘余應(yīng)力的因素，從而避免扭曲變形。測量殘余應(yīng)力的已知方法包括例如切割、深孔鉆的技術(shù)，在這些方法中，可以采用應(yīng)變計來測量部件內(nèi)的應(yīng)力，并照此方法可以確定該點的殘余應(yīng)力。這些技術(shù)需要特殊的設(shè)備和應(yīng)變計，而在制造環(huán)境下，這兩者通常都不是容易獲得的，取而代之的是基于實驗室的系統(tǒng)。由于需要將這些部件運輸?shù)胶线m的設(shè)備上進(jìn)行檢驗，因此殘余應(yīng)力場的測定是一項耗時且費錢的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種方法克服上述的不足，可以使用現(xiàn)有的制造設(shè)備，而不需要重要的特殊設(shè)備來實施該方法。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提出了一種測量部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的方法，該方法包括以下步驟將工件夾緊在第一位置和第二位置處，所述第二位置與所述第一位置間隔開，在第三位置處執(zhí)行第一材料去除操作，所述第三位置位于所述第一位置和所述第二位置的中間，在所述第二位置處釋放所述工件，測量所述工件的第一變形， 根據(jù)所述第一變形確定所述工件中的殘余應(yīng)力。優(yōu)選地，在測量工件變形的步驟之后，該測量方法還包括以下步驟在所述第二位置重新夾緊工件；在第三位置執(zhí)行進(jìn)一步的材料去除操作；在進(jìn)一步的材料去除操作后測量工件的進(jìn)一步變形；根據(jù)進(jìn)一步變形確定工件中的進(jìn)一步的殘余應(yīng)力。
優(yōu)選地，重復(fù)上述重新夾緊工件、進(jìn)一步的材料去除、進(jìn)一步的測量和對進(jìn)一步應(yīng)力的確定的步驟，以形成工件中的整個厚度的殘余應(yīng)力分布。優(yōu)選地，在第三位置上執(zhí)行測量步驟。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種用于測量金屬部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的設(shè)備，該設(shè)備包括第一夾緊裝置，與所述第一夾緊裝置間隔開的第二夾緊裝置，位于所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的位置處的機床，所述機床被配置為在由所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置保持的工件上執(zhí)行材料去除操作，位于所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備。優(yōu)選地，該偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備位于與所述機床相同的、在所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的位置處。優(yōu)選地，所述偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備布置成位于所述工件的、與使用中的機床相對的一側(cè)上。


現(xiàn)在結(jié)合下面的附圖，進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明方法和設(shè)備的實施例。圖1是顯示示例性應(yīng)力分布的示例工件的示意性側(cè)剖圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二個方面的設(shè)備的示意性側(cè)面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖4和圖5不出了工件的偏轉(zhuǎn)量。
具體實施例方式參見圖1，采用已知的制造工序例如滾壓成型形成工件10。應(yīng)力曲線圖12顯示了殘余應(yīng)力如何貫穿工件10的厚度、從壓縮(C)到拉伸(T)進(jìn)行變化。可以看出，該應(yīng)力曲線圖關(guān)于工件的縱向軸線L對稱，并且同樣地，應(yīng)力也是平衡的，使得在這種情況下工件在幾何尺寸上是穩(wěn)定的(換句話說，殘余應(yīng)力在材料的變形中是觀察不到的)?；诒景l(fā)明，根據(jù)所示的切削線14和16進(jìn)行切削而執(zhí)行加工操作，其將會造成不對稱的應(yīng)力分布12，并且因此，導(dǎo)致工件10的偏轉(zhuǎn)。作為結(jié)果，該應(yīng)力分布的不對稱將會引起工件10上的彎曲應(yīng)力。通過釋放工件并允許其在該不對稱應(yīng)力的作用下變形，就可以測量殘余應(yīng)變的程度。參見圖2，示出了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的裝置18。機床臺20上安裝有夾具座22，夾具座包括在其相對兩端延伸的第一支承件24和第二支承件26。支承件24、26以距離D間隔開，并且被配置為用于接納工件10 (例如，可以調(diào)整它們的相對間距，以為工件10提供合適的支承)。每個支承件24、26沿豎向支承工件10。偏轉(zhuǎn)探頭28從夾具座22向上延伸，在支承件24、26的中間的位置與工件10接觸，并且被布置成測量工件中的任何偏轉(zhuǎn)。在第一和第二支承件24、26的任一側(cè)，分別提供可調(diào)夾緊組件30、32。每個夾緊組件30、32包括夾緊部件34，該夾緊部件被配置為夾緊夾緊部件與相應(yīng)支承之間的工件10。該夾緊部件34連接到氣缸36，該氣缸位于活塞38上并可以通過杠桿40向上和相下移動，以夾緊和釋放工件10。機床42可以降低到工件10的上表面上與偏轉(zhuǎn)探頭28相應(yīng)的位置處。該機床42能夠以已知距離對工件10進(jìn)行順序切削，并且同樣地包括運動傳感器以記錄到切削工件10中的深度。應(yīng)注意的是，可以利用計算機控制的致動器自動致動該夾緊裝置32中的一個或兩個，下面將對其進(jìn)行更詳細(xì)地描述。參見圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個示例方法如流程圖所示。在步驟44中，裝配夾具和工件，使得工件10被夾緊在設(shè)備18中。在步驟46中，手動輸入切割條件到加工傳感器或控制計算機中。在一個示例中，系統(tǒng)可以被設(shè) 置成切削N = 50次，每次切削d = 1mm。在步驟48中，計數(shù)變量n被初始化為n = I。在步驟50中，詢問n的值，以檢驗是否n = N(也就是系統(tǒng)是否已經(jīng)達(dá)到需要的切削次數(shù))。在步驟52中，n乘以切削深度d，并且，機床42從工件的原始頂部表面的基準(zhǔn)面進(jìn)入到工件10的距離為nXd。在步驟54中，通過控制計算機釋放夾緊裝置32。在步驟56中，使用偏轉(zhuǎn)探頭28測量工件10的偏轉(zhuǎn)量。該偏轉(zhuǎn)量被存儲在計算機中。在步驟58中，再次啟用夾緊裝置32，使偏轉(zhuǎn)探頭回零。在步驟60中，令n = n+1，在該點流程回到步驟50。在步驟50中，會使n = N(所需的最大切削次數(shù))，然后流程跳到步驟62，并在該點終止。接著前述的流程，得到每個n值的多個偏轉(zhuǎn)量?？梢詫γ總€這些偏轉(zhuǎn)量計算材料中的殘余應(yīng)力，并且同樣地可以獲得工件10的整個厚度的應(yīng)力分布圖。應(yīng)注意的是，由于如圖1所示的對稱應(yīng)力分布，因此僅僅需要加工材料10的厚度的一半。整個工件上的應(yīng)力可以按如下計算出來:參見圖4和5，假設(shè)工件10的偏轉(zhuǎn)量近似于圓弧段，其服從一般方程r2 = x2+y2。如圖5所示，如果曲率半徑為ym，測量時相對于左側(cè)夾緊裝置的距離為X1，并且yi為測得的位移值，則有:
權(quán)利要求
1.一種測量部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的方法，該方法包括以下步驟: 將工件夾緊在第一位置和第二位置處，所述第二位置與所述第一位置間隔開， 在第三位置處執(zhí)行第一材料去除操作，所述第三位置位于所述第一位置和所述第二位置的中間， 在所述第二位置處釋放所述工件， 測量所述工件的第一變形， 根據(jù)所述第一變形確定所述工件中的殘余應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在測量所述工件的變形的步驟之后，還包括如下步驟: 將所述工件重新夾緊在所述第二位置處， 在所述第三位置處執(zhí)行進(jìn)一步的材料去除操作， 在進(jìn)一步的材料去除操作后，測量所述工件的進(jìn)一步變形， 根據(jù)所述進(jìn)一步變形確定所述工件中的進(jìn)一步殘余應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，重復(fù)重新夾緊、進(jìn)一步的材料去除、對進(jìn)一步殘余應(yīng)力的進(jìn)一步測量和確定的步驟，以形成所述工件中的整個厚度的殘余應(yīng)力分布。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述第三位置中執(zhí)行測量步驟。
5.根據(jù)權(quán)要求I至3中任一項所述的方法，其中，確定殘余應(yīng)力的步驟包括計算所述工件在不同于所述測量位置的位置處的最大變形的步驟。
6.一種用于測量金屬部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的設(shè)備，包括: 第一夾緊裝置， 與所述第一夾緊裝置間隔開的第二夾緊裝置， 位于所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的位置處的機床，所述機床被配置為在由所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置保持的工件上執(zhí)行材料去除操作， 位于所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于測量金屬部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備位于與所述機床相同的、在所述第一夾緊裝置和所述第二夾緊裝置之間的位置處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所 述的用于測量金屬部件中的整個厚度的殘余應(yīng)力的設(shè)備，其中，所述偏轉(zhuǎn)測量設(shè)備布置成位于所述工件的、與使用中的機床相對的一側(cè)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量部件中的殘余應(yīng)力的方法和裝置。一種通過漸進(jìn)式切削(14，16)測量工件(10)上的整個應(yīng)力分布(12)以及測量工件在切割點的偏轉(zhuǎn)量的方法。
文檔編號G01L1/00GK103076115SQ20121050962
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7日
發(fā)明者W·西姆 申請人:空中客車運營有限公司