盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡(jiǎn)介[1]

1、1第15屆全國(guó)殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會(huì)論文盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡(jiǎn)介盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡(jiǎn)介王曉洪趙懷普（鄭州機(jī)械研究所河南鄭州450052）引言引言機(jī)械零部件和構(gòu)件在制造加工的過(guò)程中由于不同的制造工藝，例如鑄造、切削、焊接、熱處理等，都會(huì)在材料中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在，一方面工件會(huì)降低強(qiáng)度，使工件在制造時(shí)產(chǎn)生變形和開(kāi)裂等工藝缺陷；另一方面又會(huì)在制造后的自然釋放過(guò)程中使工件的尺寸發(fā)生變化或者使其疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性

2、能降低從而影響到它們的使用安全性。因而，了解殘余應(yīng)力的狀態(tài)對(duì)于確保工件的安全性和可靠性有著非常重要的意義。目前，比較成熟且普遍應(yīng)用的殘余應(yīng)力測(cè)試方法分為兩大類(lèi)：無(wú)損檢測(cè)法和機(jī)械檢測(cè)法。無(wú)損法在檢測(cè)過(guò)程中不對(duì)工件產(chǎn)生創(chuàng)傷，機(jī)械法在測(cè)量的過(guò)程中要對(duì)工件體做全部或部分的破壞，例如切割法（又稱剖分法）和環(huán)芯法對(duì)工件的破壞較大，而盲孔法對(duì)工件的破壞較小，因而盲孔法又稱半無(wú)損法。本文主要針對(duì)盲孔法的原理和幾種打孔方式給于介紹。一、盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力的

3、基本原理一、盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力的基本原理盲孔法最早由由德國(guó)人J.Mathar于1934年首先提出，以后經(jīng)長(zhǎng)期不斷地改進(jìn)和完善，目前已成為應(yīng)用最廣泛的殘余應(yīng)力測(cè)量方法之一。美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM已于1981年制訂了測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（2）。盲孔法測(cè)量殘余應(yīng)力的原理如圖1所示，假設(shè)一個(gè)各向同性材料上某一區(qū)域內(nèi)存在一般狀態(tài)的殘余應(yīng)力場(chǎng)，其最大、最小主應(yīng)力分別為σ1和σ2，在該區(qū)域表面上粘貼一專(zhuān)用應(yīng)變花，在應(yīng)變花中心打一小孔，引起孔邊應(yīng)力釋放，從而在應(yīng)變

4、花絲刪區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生釋放應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變花測(cè)量的釋放應(yīng)變就可以計(jì)算出殘余應(yīng)力：圖1盲孔法殘余應(yīng)力測(cè)量原理圖(1)???????????????????????????????????????1331223122313122312231311222)(442)(44??????????????????????tgBEAEBEAE式（1）中：ε1、ε2、ε3—三個(gè)方向釋放應(yīng)變；σ1、σ2—最大、最小主應(yīng)力；θ—σ1與1號(hào)片參考軸的夾角；E—材料彈

5、性模量；A、B—兩個(gè)釋放系數(shù)。其中A、B系數(shù)與鉆孔的孔徑、應(yīng)變花尺寸、孔深有關(guān)（1）。盲孔法測(cè)殘余應(yīng)力的誤差主要有以下幾個(gè)因素：1、應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量。應(yīng)變片粘貼不好會(huì)引起數(shù)據(jù)漂移和精度下降。σ1σ2σ1θ90225σ2R1R2R33其原理是壓縮空氣在氣砂混合罐中把AL203粉帶出，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的噴嘴對(duì)應(yīng)變片中心打孔。這種打孔方式是一種磨削過(guò)程，由于其切削量很小，因而打孔引起的加工應(yīng)變也很小。調(diào)節(jié)噴嘴旋轉(zhuǎn)的偏心距可以打出不同孔徑的孔。調(diào)節(jié)噴嘴

6、和工件表面的距離，可以改變打孔的速度。磨削過(guò)的粉塵通過(guò)裝置上的出口被吸塵器吸走。噴砂打孔法按照下式計(jì)算殘余應(yīng)力：23122311211213123122311211213123122311212311)](2[)()1(24)1(24)()](2[)()1(2)1(2)()](2[)(11121??????????????????????????????????????????????????????????????????????Kv

7、KKEKvKKEKvKKEKvKKEKvKKvKEK與式（1）中的δ1比較，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算得：?????????????????????112121112121121)1(2121)1(2KKvKKvKKBKKvKKvKKA將試驗(yàn)標(biāo)定值vK2K1=0.31代入得：???????????111655.01345.0KBKA又根據(jù)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定曲線擬合公式：1K1≈32.836d14.8d2216d3（d為孔徑：mm）由以上可知，只要給定直徑“D

8、”的值，就可以計(jì)算出A、B值了。目前國(guó)內(nèi)有鄭州機(jī)械研究所生產(chǎn)的PSJⅡ型噴砂打孔裝置，如圖4所示。在使用時(shí)配有氣源和吸塵器。其中發(fā)明的氣砂混合灌獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，主要技術(shù)指標(biāo)：對(duì)中精度0.025mm，打孔直徑1－3.0mm，打孔深度0－3.0mm，噴嘴口徑0.46mm，工作壓力0.4－0.6MPa，打孔磨料280目AL2O3粉。圖4PSJⅡ型噴砂打孔裝置噴砂打孔的特點(diǎn)是，由于其特殊的打孔方式，打孔不受材料限制，能在高硬度鋼、淬過(guò)火的零件