[發明專利]一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應力測量方法

有效

• 申請號: 201310511209.X
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103542961A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 楊吟飛;李亮;孟龍暉;何寧;趙威
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明公開了一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應力測量方法，具體涉及一種逐步腐蝕剝層，同時測量工件撓度變化并由深層的殘余應力逐步反推淺層殘余應力的方法，屬于機械工程領域中的應力測量方法。

背景技術

銑削加工引起的工件表面應力主要特征是分布很淺（一般不超過0.2mm）且在深度方向上變化率很高，其應力值的測量有一定的困難。采用不同的銑削參數所引起的表面加工殘余應力的大小和分布并非一致，要想預測加工殘余應力所導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所決定的殘余應力的大小和分布。

針對加工殘余應力分布淺且變化率高的特點，目前主要采用X射線法對其進行測量，X射線法其技術目前已發展較為成熟，且在工業上的應用也較為廣泛。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力值的變化情況，必須結合剝層的方法來測量。零件表面的最終加工殘余應力的形成從邏輯上可以分為兩步：1.銑削加工過程由于機械應力、熱應力以及相變諸多因素的共同作用，在零件表面形成殘余應力；2.其表面的殘余應力會部分釋放，引起整個工件發生彈性變形，使得原先存儲于表面層的能量會部分轉移到零件其他部位，即所謂的自平衡過程，從而形成最終的加工殘余應力。X射線法測量得到的應力是零件內部已經達到自平衡后的應力，而并非平衡前的應力。零件的尺寸和形狀的變化會影響殘余應力在零件內部的最終釋放程度，從而影響最終平衡后的殘余應力分布，因此，盡管采用相同的加工參數和加工條件，材料相同而尺寸和形狀不同的零件會得到最終不同的加工殘余應力。為預測零件因加工殘余應力而引起的最終變形，理所當然應該測量加工引起的殘余應力在自平衡之前的數值，將此數值代入不同形狀和尺寸的零件模型進行自平衡就算才能正確預測零件因加工殘余應力而引起的變形。而以往X射線法結合腐蝕剝層得到的應力值并不能正確預測零件的變形，而且X射線應力儀的價格頗為昂貴，其普及使用還有一定的困難。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的缺陷，提供一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應力測量方法，通過測量撓度的變化，并用后期的測量結果逐步反推殘余應力，得到工件較為真實的自平衡前的應力。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于撓度變化和反推法的銑削加工殘余應力測量方法，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力值，直至推算出待測零件經過第一層腐蝕剝層后的殘余應力值，得到自平衡前待測零件的殘余應力分布情況。

作為本發明的進一步優選方案，殘余應力值的具體計算方法如下：

待測零件行了N次腐蝕剝層后，其倒數第一層腐蝕剝層的殘余應力值σ_N為：

σ_N＝-4Eh_N³ΔV_N/3L²Δh_N(h_N+Δh_N)

其中，E為材料彈性模量，h_N為第N次腐蝕后零件的厚度，ΔV_N為第N次腐蝕后零件撓度的變化值，L為零件的長度，Δh_N為第N次腐蝕的材料層的厚度，N的取值為自然數；

倒數第n層的殘余應力值σ_N-n+1為：