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
【专利摘要】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：对待测零件进行退火处理以去除零件的内应力；对待测零件进行铣削加工，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。
【专利说明】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】
[0001]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】
[0002]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0.2_)，但是在深度方向上的却有着较高的变化率，且其值很快趋于O。对于其值的精确测量有一定的困难。
[0003]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。
[0004]机械加工引起的零件表面残余应力的最终形成从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，在零件表面形成一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，形成了自平衡后的残余应力，从而形成了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
[0005]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，同时零件发生的变形程度也是由残余应力自平衡之前的值所决定的，因此为正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难。
【发明内容】
[0006]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。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0008]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:
[0009]步骤一、对待测零件进行退火处理以去除零件的内应力；
[0010]步骤二、对待测零件进行铣削加工，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；
[0011]步骤三、测量待测零件的厚度的变化；
[0012]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；
[0013]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。
[0014]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:
[0015](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σΝ为:
[0016]σ N = -4 Δ ε NEIN/bhN Δ hN (hN+Δ hN)；
[0017]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，Δ εΝ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中性轴的惯性矩，AhN为第N次剥层去除的材料层的厚度，b为待测零件的宽度；
【权利要求】
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、对待测零件进行退火处理以去除零件的内应力； 步骤二、对待测零件进行铣削加工，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0,为:
0N = -4 Δ ε NEIN/bhN Δ hN (hN+ Δ hN)； 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，△ ^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中性轴的惯性矩，AhN为第N次剥层去除的材料层的厚度，b为待测零件的宽度；
(502)倒数第η层的残余应力值表示为:
的下标N-n+1表不第N-n+1应力层，上标N-n+1表不第N-n+1次腐蚀，IN_n+1表示第N-n+1次腐蚀后待测零件横截面对中性轴的惯性矩，其值为:
(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Iym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。
【文档编号】G01L19/04GK104198093SQ201410473483
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】袁铁军, 孟龙晖, 张秀丽 申请人:盐城工学院