一種鉆孔法殘余應(yīng)力標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆孔法殘余應(yīng)力標(biāo)定 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 殘余應(yīng)力問題一直受到人們的關(guān)注。在鑄造、鍛造、焊接及各類切削加工過程中， 工件均會(huì)由于受外力和溫度的作用而引起殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、疊加及釋放過程造 成零件內(nèi)部應(yīng)力狀況的重新分布，就可能影響零件的尺寸和形位精度以及零部件的裝配精 度，降低零件的疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕及抗蠕變開裂的能力，最終影響到機(jī)器設(shè)備的性能與 使用壽命。因此，分析殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理、探究有效的殘余應(yīng)力測(cè)試方法與改善零件中殘 余應(yīng)力狀況具有非常重大的意義。
[0003] 目前殘余應(yīng)力的測(cè)量方法可分為無損測(cè)量法和機(jī)械釋放測(cè)量法兩種。無損測(cè)量 法即物理檢測(cè)法，主要有X射線法、X射線衍射法、中子衍射法、超聲法和磁性法等。機(jī)械釋 放測(cè)量法是將具有殘余應(yīng)力的部件從構(gòu)件中分離或切割出來使應(yīng)力釋放，由測(cè)量其應(yīng)變的 變化求出殘余應(yīng)力，該方法會(huì)對(duì)工件造成一定的損傷或者破壞，但其測(cè)量精度較高、理論完 善、技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。近年來各國研究者繼續(xù)對(duì)機(jī)械釋放測(cè)量法作了大量的研究工作， 從實(shí)際操作中的各種工藝參數(shù)、誤差來源等方面進(jìn)行了深入分析，使其日趨完善。它們主要 包括鉆孔法（盲孔法）、環(huán)芯法、分割切條法等，美國ASTM協(xié)會(huì)已將盲孔法納入標(biāo)準(zhǔn)。盲孔 法就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，使被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力得到釋放，并由事先貼在孔周圍的 敏感柵測(cè)得釋放的應(yīng)變量，再根據(jù)彈性力學(xué)原理通過換算便可以得到鉆孔處深度方向上的 平均殘余應(yīng)力。
[0004] 鉆孔法殘余應(yīng)力測(cè)試需要在被測(cè)物體表面貼上如圖1所示的應(yīng)變片，一個(gè)應(yīng)變片 通常由三個(gè)或三個(gè)以上敏感柵組成，敏感柵分布在幾何中心圓的四周，該中心圓的直徑僅 在Imm左右，需要借助鉆孔對(duì)中儀器進(jìn)行定位，如圖2所示，鉆孔對(duì)中儀器上的可拆卸測(cè)量 顯微鏡20和水平調(diào)節(jié)旋鈕40可幫助操作者完成該項(xiàng)工作，定位完成后取下顯微鏡換上專 用銑刀，在圓心處鉆孔（孔必須位于中心圓內(nèi)，否則數(shù)據(jù)無效），最后用應(yīng)變測(cè)量儀記錄被 測(cè)物體表面所釋放的應(yīng)變，將所得數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)力標(biāo)定系數(shù)A和B便可計(jì)算出殘余應(yīng)力。實(shí)際 的鉆孔與應(yīng)變片中心的同心度控制非常重要，它對(duì)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性起到了決定性作用， 因此操作人員需要對(duì)鉆孔對(duì)中儀器進(jìn)行細(xì)致調(diào)整，應(yīng)確保鉆孔與應(yīng)變片中心不發(fā)生偏離。
[0005] 目前有兩種不同的方法可以測(cè)定殘余應(yīng)力：第一即高速鉆殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其 殘余應(yīng)力的測(cè)量可以依據(jù)有限元分析得到的應(yīng)力標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；第二是目前國內(nèi)常用 的低速鉆殘余應(yīng)力測(cè)量方法。第二種方法產(chǎn)生的重要誤差來源有兩個(gè)：一個(gè)是小孔邊緣應(yīng) 力集中產(chǎn)生的塑性變形，這在高值殘余應(yīng)力場(chǎng)中尤為明顯；一個(gè)是鉆孔過程中與刃具切削 和殘余應(yīng)力大小有關(guān)的加工應(yīng)變，這在采用低速鉆時(shí)十分突出。
[0006] 為了克服實(shí)際測(cè)量過程中可能產(chǎn)生的這些誤差，通常采用標(biāo)定試驗(yàn)的方式解決。 這樣的標(biāo)定試驗(yàn)需要在標(biāo)定試樣上施加一個(gè)特定應(yīng)力〇，使最大主應(yīng)力〇等于外加載荷 引起的應(yīng)力O，然后在應(yīng)變圓的中心鉆孔，記錄加載前后的應(yīng)變讀數(shù)。根據(jù)鉆孔前后的釋放 應(yīng)變，按公式（1)、⑵計(jì)算標(biāo)定系數(shù)A、B值。
[0009] 系數(shù)A、B的測(cè)量次數(shù)應(yīng)不少于2次，如果2次比較誤差超過10%，應(yīng)重新標(biāo)定。2 次標(biāo)定得到A、B系數(shù)取平均值使用。
[0010] 標(biāo)定試驗(yàn)與殘余應(yīng)力的實(shí)際測(cè)試過程基本相同，在具體操作過程中鉆孔對(duì)中儀器 的定位非常重要，否則標(biāo)定系數(shù)A和B會(huì)產(chǎn)生很大誤差。因此，標(biāo)定試驗(yàn)必須滿足兩個(gè)基本 要求：第一要在標(biāo)定試樣上施加一個(gè)精確的應(yīng)力場(chǎng)；第二鉆孔對(duì)中儀器應(yīng)能將銑刀準(zhǔn)確定 位在應(yīng)變片的中心位置，確保鉆孔位置不發(fā)生偏離。本發(fā)明的目的就是設(shè)計(jì)一種可以同時(shí) 滿足這兩個(gè)要求的鉆孔法殘余應(yīng)力標(biāo)定裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種鉆孔法殘余應(yīng)力標(biāo)定裝置，它可以在標(biāo)定螺桿上施加 任意大小的應(yīng)力場(chǎng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)與鉆孔對(duì)中儀器的良好匹配，確保在應(yīng)變片的幾何中心 圓實(shí)施精確鉆孔，并且鉆孔定位和載荷施加互不干擾，保證該裝置的使用和操作非常便捷， 大大提高了標(biāo)定試驗(yàn)的規(guī)范性。
[0012] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0013] 提供一種鉆孔法殘余應(yīng)力標(biāo)定裝置，該裝置包括：標(biāo)定螺桿、應(yīng)變片、力值傳感器、 圓筒狀支座、墊片和鎖緊螺母；其中，
[0014] 所述標(biāo)定螺桿依次穿過力值傳感器、圓筒狀支座、墊片和鎖緊螺母設(shè)置，所述標(biāo)定 螺桿與鎖緊螺母通過螺紋連接，所述標(biāo)定螺桿的中部設(shè)有面積大于應(yīng)變片的矩形平面；
[0015] 所述應(yīng)變片設(shè)置在所述標(biāo)定螺桿的矩形平面上，所述應(yīng)變片包括3個(gè)敏感柵，第 一個(gè)敏感柵平行于所述標(biāo)定螺桿的軸向設(shè)置，第二個(gè)敏感柵垂直于所述標(biāo)定螺桿的軸向設(shè) 置，第三個(gè)敏感柵傾斜于所述標(biāo)定螺桿的軸向45°設(shè)置；
[0016] 所述圓筒狀支座的上下兩端面為與所述矩形平面平行的環(huán)形平面，所述上環(huán)形平 面上放置鉆孔對(duì)中儀器。
[0017] 按上述技術(shù)方案，所述圓筒狀支座的兩側(cè)開設(shè)有通過標(biāo)定螺桿的通孔，所述通孔 的直徑大于標(biāo)定螺桿的直徑。
[0018] 本發(fā)明具有以下有益效果：該裝置配有力值傳感器，通過調(diào)整標(biāo)定螺桿和鎖緊螺 母之間的旋緊程度，可以在標(biāo)定螺桿上施加任意大小的應(yīng)力場(chǎng)；同時(shí)，通過圓筒狀支座將該 裝置設(shè)計(jì)為臥式布局，可以實(shí)現(xiàn)與鉆孔對(duì)中儀器的良好匹配，確保在應(yīng)變片的幾何中心圓 實(shí)施精確鉆孔；而且，由于鉆孔定位和載荷施加互不干擾，該裝置的使用和操作非常便捷， 大大提高了標(biāo)定試驗(yàn)的規(guī)范性。
【附圖說明】
[0019] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的爆炸圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中裝有應(yīng)變片的標(biāo)定螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖；