盲孔法測殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡介[1]

1、1第15屆全國殘余應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會論文盲孔法測殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡介盲孔法測殘余應(yīng)力原理及幾種打孔方式簡介王曉洪趙懷普（鄭州機械研究所河南鄭州450052）引言引言機械零部件和構(gòu)件在制造加工的過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，一方面工件會降低強度，使工件在制造時產(chǎn)生變形和開裂等工藝缺陷；另一方面又會在制造后的自然釋放過程中使工件的尺寸發(fā)生變化或者使其疲勞強度等力學(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)力測試方法分為兩大類：無損檢測法和機械檢測法。無損法在檢測過程中不對工件產(chǎn)生創(chuàng)傷，機械法在測量的過程中要對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)芯法對工件的破壞較大，而盲孔法對工件的破壞較小，因而盲孔法又稱半無損法。本文主要針對盲孔法的原理和幾種打孔方式給于介紹。一、盲孔法測殘余應(yīng)力的

3、基本原理一、盲孔法測殘余應(yīng)力的基本原理盲孔法最早由由德國人J.Mathar于1934年首先提出，以后經(jīng)長期不斷地改進和完善，目前已成為應(yīng)用最廣泛的殘余應(yīng)力測量方法之一。美國材料試驗協(xié)會ASTM已于1981年制訂了測量標準（2）。盲孔法測量殘余應(yīng)力的原理如圖1所示，假設(shè)一個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，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)變花測量的釋放應(yīng)變就可以計算出殘余應(yīng)力：圖1盲孔法殘余應(yīng)力測量原理圖(1)???????????????????????????????????????1331223122313122312231311222)(442)(44??????????????????????tgBEAEBEAE式（1）中：ε1、ε2、ε3—三個方向釋放應(yīng)變；σ1、σ2—最大、最小主應(yīng)力；θ—σ1與1號片參考軸的夾角；E—材料彈

5、性模量；A、B—兩個釋放系數(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）。盲孔法測殘余應(yīng)力的誤差主要有以下幾個因素：1、應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量。應(yīng)變片粘貼不好會引起數(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，通過旋轉(zhuǎn)的噴嘴對應(yīng)變片中心打孔。這種打孔方式是一種磨削過程，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。磨削過的粉塵通過裝置上的出口被吸塵器吸走。噴砂打孔法按照下式計算殘余應(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)過轉(zhuǎn)換、計算得：?????????????????????112121112121121)1(2121)1(2KKvKKvKKBKKvKKvKKA將試驗標定值vK2K1=0.31代入得：???????????111655.01345.0KBKA又根據(jù)實驗標定曲線擬合公式：1K1≈32.836d14.8d2216d3（d為孔徑：mm）由以上可知，只要給定直徑“D

8、”的值，就可以計算出A、B值了。目前國內(nèi)有鄭州機械研究所生產(chǎn)的PSJⅡ型噴砂打孔裝置，如圖4所示。在使用時配有氣源和吸塵器。其中發(fā)明的氣砂混合灌獲得國家發(fā)明專利，主要技術(shù)指標：對中精度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、淬過火的零件