一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，將應(yīng)力層分多次進(jìn)行腐蝕剝層，用游標(biāo)卡尺測量每次腐蝕去除的材料層厚度，并在機(jī)床上用激光位移傳感器對零件進(jìn)行掃描，用以測量每次腐蝕后零件撓度的變化，根據(jù)零件中性層位置的變化得出應(yīng)力層所產(chǎn)生的彎矩的變化，結(jié)合測得的撓度的變化，向前反推殘余應(yīng)力值，最終求得所有應(yīng)力層在應(yīng)力自平衡之前的應(yīng)力值。本發(fā)明所公開的測量方法操作簡單，結(jié)果可靠，使用的設(shè)備價(jià)格低廉。
【專利說明】一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，具體涉及一種逐步腐蝕剝層，同時(shí)測量工件撓度變化并由深層的殘余應(yīng)力逐步反推淺層殘余應(yīng)力的方法，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)力測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銑削加工引起的工件表面應(yīng)力主要特征是分布很淺(一般不超過0.2_)且在深度方向上變化率很高，其應(yīng)力值的測量有一定的困難。采用不同的銑削參數(shù)所引起的表面加工殘余應(yīng)力的大小和分布并非一致，要想預(yù)測加工殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的不同尺寸和形狀的零件的變形，必須排除零件尺寸和形狀因素的干擾，測量僅僅由加工參數(shù)所決定的殘余應(yīng)力的大小和分布。
[0003]針對加工殘余應(yīng)力分布淺且變化率高的特點(diǎn)，目前主要采用X射線法對其進(jìn)行測量，X射線法其技術(shù)目前已發(fā)展較為成熟，且在工業(yè)上的應(yīng)用也較為廣泛。對于工程上常用的金屬材料而言，X射線的穿透力很弱，通常只有幾微米，因此要測得在深度方向上應(yīng)力值的變化情況，必須結(jié)合剝層的方法來測量。零件表面的最終加工殘余應(yīng)力的形成從邏輯上可以分為兩步:1.銑削加工過程由于機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力以及相變諸多因素的共同作用，在零件表面形成殘余應(yīng)力；2.其表面的殘余應(yīng)力會(huì)部分釋放，引起整個(gè)工件發(fā)生彈性變形，使得原先存儲(chǔ)于表面層的能量會(huì)部分轉(zhuǎn)移到零件其他部位，即所謂的自平衡過程，從而形成最終的加工殘余應(yīng)力。X射線法測量得到的應(yīng)力是零件內(nèi)部已經(jīng)達(dá)到自平衡后的應(yīng)力，而并非平衡前的應(yīng)力。零件的尺寸和形狀的變化會(huì)影響殘余應(yīng)力在零件內(nèi)部的最終釋放程度，從而影響最終平衡后的殘余應(yīng)力分布，因此，盡管采用相同的加工參數(shù)和加工條件，材料相同而尺寸和形狀不同的零件會(huì)得到最終不同的加工殘余應(yīng)力。為預(yù)測零件因加工殘余應(yīng)力而引起的最終變形，理所當(dāng)然應(yīng)該測量加工引起的殘余應(yīng)力在自平衡之前的數(shù)值，將此數(shù)值代入不同形狀和尺寸的零件模型進(jìn)行自平衡就算才能正確預(yù)測零件因加工殘余應(yīng)力而引起的變形。而以往X射線法結(jié)合腐蝕剝層得到的應(yīng)力值并不能正確預(yù)測零件的變形，而且X射線應(yīng)力儀的價(jià)格頗為昂貴，其普及使用還有一定的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，通過測量撓度的變化，并用后期的測量結(jié)果逐步反推殘余應(yīng)力，得到工件較為真實(shí)的自平衡前的應(yīng)力。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，分別測量待測零件在每次腐蝕剝層中被去除材料層的厚度以及待測零件被腐蝕剝層后的撓度值的變化，直至待測零件的撓度停止變化；待測零件的撓度停止變化后，由經(jīng)過腐蝕剝層的待測零件的最底層開始逐層反推待測零件前一腐蝕剝層的殘余應(yīng)力值，直至推算出待測零件經(jīng)過第一層腐蝕剝層后的殘余應(yīng)力值，得到自平衡前待測零件的殘余應(yīng)力分布情況。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，殘余應(yīng)力值的具體計(jì)算方法如下:
[0008]待測零件行了 N次腐蝕剝層后，其倒數(shù)第一層腐蝕剝層的殘余應(yīng)力值σ N為:
[0009]σ N = -4EhN3 Δ Vn/3L2 Δ hN (hN+ Δ hN)
[0010]其中，E為材料彈性模量，hN為第N次腐蝕后零件的厚度，Λ Vn為第N次腐蝕后零件撓度的變化值，L為零件的長度，△ hN為第N次腐蝕的材料層的厚度，N的取值為自然數(shù)；
[0011]倒數(shù)第η層的殘余應(yīng)力值σ Ν_η+1為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，其特征在于:分別測量待測零件在每次腐蝕剝層中被去除材料層的厚度以及待測零件被腐蝕剝層后的撓度值的變化，直至待測零件的撓度停止變化； 待測零件的撓度停止變化后，由經(jīng)過腐蝕剝層的待測零件的最底層開始逐層反推待測零件前一腐蝕剝層的殘余應(yīng)力值，直至推算出待測零件經(jīng)過第一層腐蝕剝層后的殘余應(yīng)力值，得到自平衡前待測零件的殘余應(yīng)力分布情況。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，其特征在于，殘余應(yīng)力值的具體計(jì)算方法如下: 待測零件行了 N次腐蝕剝層后，其倒數(shù)第一層腐蝕剝層的殘余應(yīng)力值0,為:
σ N = -4EhN3 Δ Vn/3L2 Δ hN (hN+ Δ hN) 其中，E為材料彈性模量，hN為第N次腐蝕后零件的厚度，△ Vn為第N次腐蝕后零件撓度的變化值，L為零件的長度，為第N次腐蝕的材料層的厚度，N的取值為自然數(shù)； 倒數(shù)第η層的殘余應(yīng)力值σ Ν_η+1為:
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，其特征在于，待測零件被腐蝕剝層后的撓度值由激光位移傳感器對待測零件進(jìn)行掃描后測量得到。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，其特征在于:待測零件在每次腐蝕剝層中被去除材料層的厚度由游標(biāo)卡尺測量得到。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應(yīng)力測量方法，其特征在于:所述游標(biāo)卡尺為精度0.01mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺。
【文檔編號】G01L1/00GK103542961SQ201310511209
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】楊吟飛, 李亮, 孟龍暉, 何寧, 趙威 申請人:南京航空航天大學(xué)