[发明专利]测量部件中的残余应力的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量部件中残余应力的方法。更具体地，本发明涉及一种测量发动机部件中的整个厚度的残余应力的方法，该发动机部件尤其是金属部件，其应力从某个制造工序如滚压成型开始时就升高。

背景技术

在诸如滚压成型这样的制造工序中，其会在部件整个厚度上产生残余应力。这种应力不会马上显现出来，因为它们往往均匀地分布在坯段的整个厚度上(并且因此并不会产生净应变)。当部件在使用时，残余应力是一种隐患，因为施加的负荷会使得部件内的应力高于预期。甚至，如果部件被加工而得到滚压后尺寸，残余应力会在加工后造成预料不到的扭曲变形。

能够测量这些残余应力是有利的，使得当部件在被使用中或进行后续加工时残余应力可以被考虑。这样做可以避免因为预料之外的高应力而导致部件使用寿命的意外折损，并且还能在部件被制造的过程中考虑到残余应力的因素，从而避免扭曲变形。

测量残余应力的已知方法包括例如切割、深孔钻的技术，在这些方法中，可以采用应变计来测量部件内的应力，并照此方法可以确定该点的残余应力。这些技术需要特殊的设备和应变计，而在制造环境下，这两者通常都不是容易获得的，取而代之的是基于实验室的系统。由于需要将这些部件运输到合适的设备上进行检验，因此残余应力场的测定是一项耗时且费钱的过程。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种方法克服上述的不足，可以使用现有的制造设备，而不需要重要的特殊设备来实施该方法。

根据本发明的第一个方面，提出了一种测量部件中的整个厚度的残余应力的方法，该方法包括以下步骤：

将工件夹紧在第一位置和第二位置处，所述第二位置与所述第一位置间隔开，

在第三位置处执行第一材料去除操作，所述第三位置位于所述第一位置和所述第二位置的中间，

在所述第二位置处释放所述工件，

测量所述工件的第一变形，

根据所述第一变形确定所述工件中的残余应力。

优选地，在测量工件变形的步骤之后，该测量方法还包括以下步骤：

在所述第二位置重新夹紧工件；

在第三位置执行进一步的材料去除操作；

在进一步的材料去除操作后测量工件的进一步变形；

根据进一步变形确定工件中的进一步的残余应力。

优选地，重复上述重新夹紧工件、进一步的材料去除、进一步的测量和对进一步应力的确定的步骤，以形成工件中的整个厚度的残余应力分布。

优选地，在第三位置上执行测量步骤。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于测量金属部件中的整个厚度的残余应力的设备，该设备包括：

第一夹紧装置，

与所述第一夹紧装置间隔开的第二夹紧装置，

位于所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置之间的位置处的机床，所述机床被配置为在由所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置保持的工件上执行材料去除操作，

位于所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置之间的偏转测量设备。

优选地，该偏转测量设备位于与所述机床相同的、在所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置之间的位置处。

优选地，所述偏转测量设备布置成位于所述工件的、与使用中的机床相对的一侧上。

附图说明

现在结合下面的附图，进一步描述根据本发明方法和设备的实施例。

图1是显示示例性应力分布的示例工件的示意性侧剖图；

图2是根据本发明第二个方面的设备的示意性侧面视图；

图3是根据本发明的方法的流程图；

图4和图5示出了工件的偏转量。

具体实施方式

参见图1，采用已知的制造工序例如滚压成型形成工件10。应力曲线图12显示了残余应力如何贯穿工件10的厚度、从压缩(C)到拉伸(T)进行变化。可以看出，该应力曲线图关于工件的纵向轴线L对称，并且同样地，应力也是平衡的，使得在这种情况下工件在几何尺寸上是稳定的(换句话说，残余应力在材料的变形中是观察不到的)。

基于本发明，根据所示的切削线14和16进行切削而执行加工操作，其将会造成不对称的应力分布12，并且因此，导致工件10的偏转。作为结果，该应力分布的不对称将会引起工件10上的弯曲应力。通过释放工件并允许其在该不对称应力的作用下变形，就可以测量残余应变的程度。

参见图2，示出了用于执行本发明的方法的装置18。