平码五不中公式规律
  • / 9
  • 下载费用:30 金币  

基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法.pdf

关 键 ?#21097;?/dt>
基于 应变 变化 铣削 加工 残余 应力 平衡 测量方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
摘要
申请专利号:

CN201410473483.7

申请日:

2014.09.16

公开号:

CN104198093A

公开日:

2014.12.10

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 发明专利申请公布后的撤回IPC(主分类):G01L 1/00申请公布日:20141210|||实质审查的生效IPC(主分类):G01L 1/00申请日:20140916|||公开
IPC分类号: G01L1/00; G01L19/04 主分类号: G01L1/00
申请人: 盐城工学院
发明人: 袁铁军; 孟龙晖; 张秀丽
地址: 224051 江苏省盐城市希望大道9号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 杨海军
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201410473483.7

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.05.18|||2015.01.07|||2014.12.10

法律状态类型:

发明专利申请公布后的撤回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,包括:?#28304;?#27979;零件进行退火处理以去除零件的内应力?#27426;源?#27979;零件进行铣削加工,用化铣液腐蚀加工面进行腐蚀剥层,将加工引起的残余应力层逐层去除,并实时测量待测零件的应变值;测量待测零件的厚度的变化;重复步骤一至三,直至腐蚀剥层不产生应变值的变化为止,此时,加工引起的残余应力层被腐蚀去除;由最后一次测量所得的应变值数据,从底层逐步反推上层残余应力值,得出残余应力自平衡前的残余应力值分布情况。本发明用基于化铣剥层和应变变化,由底层算起,逐层反推,计算整个加工应力层内残余应力自平衡之前的值,方法简单,精度可靠,所用设备价格低廉,其测得的结果精度可靠。

权利要求书

权利要求书
1.  基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,其特征在于,具体步骤包括:
步骤一、?#28304;?#27979;零件进行退火处理以去除零件的内应力;
步骤二、?#28304;?#27979;零件进行铣削加工,用化铣液腐蚀加工面进行腐蚀剥层,将加工引起的残余应力层逐层去除,并实时测量待测零件的应变值;
步骤三、测量待测零件的厚度的变化;
步骤四、重复步骤一至三,直至腐蚀剥层不产生应变值的变化为止,此时,加工引起的残余应力层被腐蚀去除;
步骤五、由最后一次测量所得的应变值数据,从底层逐步反推上层残余应力值,得出残余应力自平衡前的残余应力值分布情况。

2.  如权利要求1所述的基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,其特征在于:所述步骤五中根据底层的应力值和待测零件的挠度变化逐步反推上层的残余应力,求解方法的具体步骤为:
(501)设定步骤四中总共进行了N次剥层去除,底层即第N层的残余应力值σN为:
σN=-4ΔεNEIN/bhNΔhN(hN+ΔhN);
其中,E为待测零件材料弹性模量,hN为第N次腐蚀后待测零件的剩余厚度,ΔεN为第N次腐蚀后测得的应变值的变化,IN为第N此腐蚀后待测零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩,ΔhN为第N次剥层去除的材料层的厚度,b为待测零件的宽度;
IN=bhN3/12;]]>
(502)倒数第n层的残余应力值表示为:
σN-n+1=2ΔMN-n+1N-n+1/hN-n+1(hN-N+1+ΔhN-n+1);]]>
其中,1≤n≤N-1,弯矩的变化值为:
ΔMN-n+1N-n+1=2ϵN-n+1IN-n+1/hN-n+1-Σm=N-n+1NσmhmΔhN-n+1/2;]]>
的下标N-n+1表?#38236;贜-n+1应力层,上标N-n+1表?#38236;贜-n+1次腐蚀,IN-n+1表?#38236;贜-n+1次腐蚀后待测零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩,其值为:
IN-n+1=bhN-n+13/12;]]>
(503)重复步骤(502),计算出每一层腐蚀剥层后的残余应力值,得出残余应力自平衡前的残余应力值分布情况。

3.  如权利要求1或2所述的基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,其特征在于:所述步骤二中,将应变片贴于被测零件的被加工面背面,使用应变仪实时测量待测零件的应变值。

4.  如权利要求3所述的基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,其特征在于:还设置有温度补偿片并采用半桥连接法,对应变片进行温度补偿。

5.  如权利要求1或2所述的基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,其特征在于:所述步骤三中,用精度为1μm的测厚规测量零件的厚度的变化,并采取多次测量求平均值的方法测量。

说明书

说明书基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法
技术领域
本发明公开了基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,涉及机械工程领域中应力测量方法。
背景技术
机械切削加工引起的表面应力特征为分布很浅(一般不会超过0.2mm),但是在深度方向上的却有着较高的变化?#21097;?#19988;其值很快趋于0。对于其值的精确测量有一定的困?#36873;?
针对加工残余应力的主要特点,传统的测量方法主要是用X射线法结合剥层。目前X射线法其技术已发展较为成熟,且其目前的应用也比较广泛。
机械加工引起的零件表面残余应力的最终?#32428;?#20174;逻辑上的先后顺序可以分为以下两个步骤:1,切削加工过程中由于机械应力、热应力以及相变等诸多因素的共同作用,在零件表面?#32428;?#19968;层未自平衡的残余应力;2,其表面未自平衡的残余应力会得到部分释放,引起整个工件发生一定程度上的形变,使得原先致密存储于加工表面层的能量会部分转移到零件其他部位,即使得零件发生了自平衡,?#32428;?#20102;自平衡后的残余应力,从而?#32428;?#20102;最终的表面加工残余应力。这里值得强调的是,X射线法测得的应力值是自平衡后的应力值,而并非平衡前的应力。若使用自平衡后的应力值预测零件的变形,将自平衡后的应力值带入模型中计算时其应力值会进一步发生自平衡,预测结果会有较大误差
零件的尺寸和形状会严重影响到零件的残余应力的释放程度,同时零件发生的变?#32428;?#24230;也是由残余应力自平衡之前的值所决定的,因?#23435;?#27491;确预测零件发生的变形,应该测量残余应力自平衡之前的值,其可以预测同一加工条件下不同尺寸和形状的另加的变形量,从而可以预测零件的精度是否满足要求,而以往X射线法测得是应力自平衡之后的值,因此其结果并不满足要求。更重要的一点是X射线应力仪的价格比较昂贵,目前其普及使用还有一定的困?#36873;?
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷,提供基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,通过测量应变的变化,运用逆向思维,由底层的残余应力值逐步向上反推,最终得到了切削加工引起的未自平衡的表面残余应力值。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法,具体步骤包括:
步骤一、?#28304;?#27979;零件进行退火处理以去除零件的内应力;
步骤二、?#28304;?#27979;零件进行铣削加工,用化铣液腐蚀加工面进行腐蚀剥层,将加工引起的残余应力层逐层去除,并实时测量待测零件的应变值;
步骤三、测量待测零件的厚度的变化;
步骤四、重复步骤一至三,直至腐蚀剥层不产生应变值的变化为止,此时,加工引起的残余应力层被腐蚀去除;
步骤五、由最后一次测量所得的应变值数据,从底层逐步反推上层残余应力值,得出残余应力自平衡前的残余应力值分布情况。
作为本发明的进一步优选方案,所述步骤五中根据底层的应力值和待测零件的挠度变化逐步反推上层的残余应力,求解方法的具体步骤为:
(501)设定步骤四中总共进行了N次剥层去除,底层即第N层的残余应力值σN为:
σN=-4ΔεNEIN/bhNΔhN(hN+ΔhN);
其中,E为待测零件材料弹性模量,hN为第N次腐蚀后待测零件的剩余厚度,ΔεN为第N次腐蚀后测得的应变值的变化,IN为第N此腐蚀后待测零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩,ΔhN为第N次剥层去除的材料层的厚度,b为待测零件的宽度;
IN=bhN3/12;]]>
(502)倒数第n层的残余应力值表示为:
σN-n+1=2ΔMN-n+1N-n+1/hN-n+1(hN-N+1+ΔhN-n+1);]]>
其中,1≤n≤N-1,弯矩的变化值为:
ΔMN-n+1N-n+1=2ϵN-n+1IN-n+1/hN-n+1-Σm=N-n+1NσmhmΔhN-n+1/2;]]>
的下标N-n+1表?#38236;贜-n+1应力层,上标N-n+1表?#38236;贜-n+1次腐蚀,IN-n+1表?#38236;贜-n+1次腐蚀后待测零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩,其值为:
IN-n+1=bhN-n+13/12;]]>
(503)重复步骤(502),计算出每一层腐蚀剥层后的残余应力值,得出残余应力自平衡前的残余应力值分布情况。
作为本发明的进一步优选方案,所述步骤二中,将应变片贴于被测零件的被加工面背面, 使用应变仪实时测量待测零件的应变值。
作为本发明的进一步优选方案,还设置有温度补偿片并采用半桥连接法,对应变片进行温度补偿。
作为本发明的进一步优选方案,所述步骤三中,用精度为1μm的测厚规测量零件的厚度的变化,并采取多次测量求平均值的方法测量。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:本发明用基于化铣剥层和应变变化,由底层算起,逐层反推,计算整个加工应力层内残余应力自平衡之前的值,其方法简单,精度可靠,所用设备价格低廉,其测得的结果预测零件的变形精度可靠。
附图说明
图1是待测零件被剥层后其?#34892;?#23618;位置发生变化示意图;
图2是测量待测零件应变装置示意图;
其中:1、剥层后位置发生变化的?#34892;?#23618;,2、剥层前位置未发生变化?#34892;?#23618;,3、被化铣剥层的材料层,4、被测工件,5、测量应变片,6、温度补偿应变片,7、应变仪,8、电脑。
具体实施方式
下面详?#35813;?#36848;本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
该发明的主要思路为对零件的被加工面的应力层进行化铣剥层,用测厚规测量每次腐蚀去除的材料层厚度,并用应变片测量每次腐蚀前后加工面的背面的应变的变化,考虑此过程中零件?#34892;?#23618;的位置的变化,向前逐步反推残余应力自平衡前的应力值。
本发明使用的测量待测零件应变装置示意图如图2所示,使用应变片和应变仪测量待测零件的应变值,利用电脑进行数据处理。
设定零件长度为L,高度为h,零件的?#34892;?#23618;位置为几何中间位置,即?#34892;?#23618;的高度为h/2。
在对零件进行铣削加工前先对其进行退火处理以去除零件的内应力,然后再对其进行铣削加工,以免在测量过程中零件初始内应力对测量结果造成严重的影响。
加工完毕后建应变片5贴于被测零件4被加工面的背面,并用704硅胶将其密封保护。用化铣液腐蚀加工面,将加工引起的残余应力层逐层去除。考虑到在测量过程中室温的变化会对应变片的测量结果产生一定的影响,因此,在这里采用半桥连接法并采用温度补偿片6对其进行温度补偿,在室温发生变化的情况下确保得到较精确的结果。
用精度为1μm的测厚规测量零件的厚度的变化,这里为了提高精度,可以多次测量求平均值。测得第一次腐蚀的深度为Δh1,可以得出第一次腐蚀后?#34892;?#23618;的位?#23391;?#21407;理加工面方向移动了Δh1/2,如图1所示。
重复以上过程,对加工面进行腐蚀剥层,并测量每次腐蚀的材料层厚度以及被加工面背面的应变的变化,直到继续腐蚀剥层而应变已趋于稳定而没有什么变化为止,说明加工引起的残余应力层已基本被腐蚀去除完毕。
假设零件挠度趋于稳定时总共腐蚀了N次,第N次腐蚀的材料层厚度为ΔhN,腐蚀完毕后零件剩余厚度为hN,在腐蚀最后一残余应力层时候由于并未有其他残余应力参与作用,因此可以认为此腐蚀步骤引起所测得的应变的变化完全由此层的残余应力σN的释放引起的。根据弯矩的实际物理意义,第N应力层作用在零件内的弯矩可以用力与力臂的乘积来表示为:
MN=FNlN=σN·b·ΔhN·(hN+ΔhN)/2    (1)
其中,FN为第N层的轴向作用力,lN为第N层被腐蚀前其?#34892;南?#19982;零件?#34892;?#23618;的距离,b为零件的宽度。第N应力层在第N次腐蚀剥层被完全去除材料之后零件内部所产生的弯矩的变化可以表示为:
ΔMNN=-MN=-σN·b·ΔhN·(hN+ΔhN)/2---(2)]]>
其中,下标N表?#38236;贜应力层,上标N表?#38236;贜次腐蚀,本文后面出现的相同字母均和此前的含义相同,而是?#19978;?#26631;进行进一步区分。
根据材料力学最大正应力与弯矩的关系:
σmax=Meqymax/Iz    (3)
进而得到最大应变与弯矩的关系:
εmax=Meqymax/EI    (4)
可以将进一步通过应变来表示为:
ΔMNN=2ΔϵEIN/hN---(5)]]>
其中,ΔεN为第N次腐蚀去除材料后测得的应变的变化,E为零件材料的弹性模量,IN为第N次腐蚀后零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩,其值为:
IN=bhN3/12.]]>
综合以上弯矩的两?#30452;?#36798;式,可以进一步得到第N层的平均残余应力为:
σN=-4ΔεNEIN/bhNΔhN(hN+ΔhN)    (6)
这里求得的倒数第一层的应力值为真实的值,无需进行任何的修正和补偿。
求得最后一层的应力值后可以由此反推倒数第二层的应力值,倒数第二次腐蚀的深度为ΔhN-1,由于第N-1层被腐蚀去除材料后其应力的完全释放而引起的零件的弯矩变化为:
ΔMN-1N-1=-σN-1bhN-1ΔhN-1/2---(7)]]>
此应力层的去除将会引起零件的?#34892;?#23618;的位?#23391;?#19978;移动了ΔhN-1/2,第N层的应力产生的弯矩会因为零件?#34892;?#23618;的位置的移动而发生变化,其变化值为:
ΔMNN-1=σNhNΔhN-1/2---(8)]]>
因此在腐蚀倒数第二层后应变的变化ΔεN-1并非完全由于倒数第二层的残余应力的释放而引起,还有部分原因是由于倒数第一层所产生的弯矩的变化而引起,根据应变与弯矩的关系式可以得到对于厚度为hN-1的零件引起挠度为ΔεN-1的变化所需的弯矩为:
M(ΔεN-1)=2EΔεN-1IN-1/hN-1    (9)
其中,倒数第二次腐蚀后零件横截面对?#34892;?#36724;的惯性矩即二次截面矩因此可以计算单单由于倒数第二层残余应力的完全释放而在零件内部引起的弯矩变化值可以表示为:
ΔMN-1N-1=2ϵN-1IN-1/hN-1-σNhNΔhN-1/2---(10)]]>
可以进一步计算得到倒数第二层的平均残余应力值为:
σN-1=2ΔMN-1N-1/hN-1(hN-1+ΔhN-1)---(11)]]>
当计算倒数第三层的内应力时需要考虑到腐蚀倒数第三层时倒数第二层和倒数第一层的应力所产生的弯矩都会因为?#34892;?#23618;位置的移动而发生变化,而这两层的内应力?#23478;?#32463;在前面计算得到,因此可以计算得倒数第三层的内应力为:
σN-2=2ΔMN-2N-2/hN-2(hN-2+ΔhN-2)---(12)]]>
其中,可以表示为:
ΔMN-2N-2=2ϵN-2IN-2/hN-2-σN-1hN-1ΔhN-2/2-σNhNΔhN-2/2---(13)]]>
?#28304;?#31867;推,倒数第n层的应力可以表示为:
σN-n+1=2ΔMN-n+1N-n+1/hN-n+1(hN-n+1+ΔhN-n+1)---(14)]]>
其中,的值为:
ΔMN-n+1N-n+1=2ϵN-n+1IN-n+1/hN-n+1-Σm=N-n+1NσmhmΔhN-n+1/2---(15)]]>
?#23458;?#31639;一层的应力需要考虑在其之后腐蚀的每一层的应力值所引起的弯矩的变化,直到第一层的应力被推出,此时铣削加工引起的随深度变化的残余应力已经完全求得。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭?#24230;縞希?#28982;而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人?#20445;?#22312;不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实?#21097;?#22312;本发明的精神和原则之内,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

关于本文
本文标题:基于应变变化的铣削加工残余应力未自平衡值的测量方法.pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6124264.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
平码五不中公式规律 加拿大辛运28是什么 加拿大快乐8开奖网站 排列五走势图综合版 信誉最挣钱的棋牌游戏 新疆福彩喜乐彩开奖 澳洲幸运8是真的吗 青海十一选五预测软件 贵州11选5奖金 吉林11选5开奖走势图 黑龙江11选5号码