CN105397134B - 一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，包括工字形支架，支架包括上横梁、下横梁和竖向杆，上横梁与下横梁通过转向螺栓连接于竖向杆两端，竖向杆下端设有支撑座；下横梁的一端固定连接有导向套，导向套内设有对准装置或钻孔器，钻孔器包括设于导向套上的钻筒套，钻筒套的底端设有钻头，钻头穿设于导向套内，钻筒套的顶端与上横梁之间设有持续加力装置，持续加力装置包括设于钻筒套顶端的电磁压力块，设于上横梁的一端与电磁压力块相匹配的电磁反力块。本发明结构简单，操作方便，省时省力，可以达到提高钻孔精度、提高钻进速度的效果，解决了钻孔时精度难以保证、加力困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔工具技术领域，特别涉及一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置。
背景技术
在焊接、切削、安装等机械工艺过程中，往往容易导致材料发生塑性变形，引起工件存在残余应力。工件服役过程中，残余应力和外荷载产生的工作应力相互叠加，使工件将发生应力重分布及二次变形，残余应力不但可能降低工件的刚度和稳定性，而且可能严重影响到结构的疲劳寿命和抵抗应力腐蚀的能力，从而影响工件的正常使用性能。因此，残余应力的测试和影响评估显得尤为重要。
残余应力测试技术始于20世纪30年代，发展至今共形成了数十种测量方法。主要分机械方法和物理方法两大类。机械方法又称应力释放法，一般属破坏性测试，包括用于中、厚板表面应力测量的盲孔法，以及逐层铣削法、切条法、Gunert切铣环槽法、钻阶梯孔法、套取芯棒法、内孔直接贴片法等。物理方法一般是非破坏性测定方法，包括用于表面应力测量的X射线衍射法，利用逆磁致伸缩效应的磁性法，以及中子衍射法、超声波法、电子散斑干涉法等。其中，盲孔法具有操作简单、测量方便、精确度较高、对构件损伤小等特点，已经成为测量残余应力的一种常用的检测方法。
采用盲孔法测量残余应力时，钻孔装置定位准确是保证测量精度的关键。现有装置一般采用显微镜对准，不仅费时费力，而且存在一定的人为视觉误差，钻孔方向与构件表面垂直度往往也很难保证，直接影响到钻孔的质量及测量的精度。
现有的钻孔装置，通常采用配重块对钻机施加压力或操作人员直接向钻机施加压力。当材料的硬度较大时，随着钻孔深度的增加，钻头转动的阻力逐渐增加，使得钻孔更加困难。通常配重块只适合于垂直向下钻孔，直接向钻机施压时往往难以控制压力的大小，压力太小时钻进速度往往太慢，压力太大时易导致钻孔偏斜，加大了人为误差，费工费时。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够持续加力且钻孔位置精确的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，包括工字形支架，支架包括上横梁、下横梁和竖向杆，上横梁与下横梁通过转向螺栓连接于竖向杆两端，竖向杆下端设有支撑座；下横梁的一端固定连接有导向套，导向套内设置有对准装置或钻孔器，钻孔器包括设于导向套上的钻筒套，钻筒套的底端设有钻头，钻头穿设于导向套内，钻筒套的顶端与上横梁之间设有持续加力装置，持续加力装置包括设于钻筒套顶端的电磁压力块，设于上横梁的一端与电磁压力块相匹配的电磁反力块，以及控制电磁压力块和电磁反力块磁力大小的控制器。
优选的，支撑座为磁盘吸座，磁盘吸座内设有调节螺栓，调节螺栓调节竖向杆的位置。
优选的，调节螺栓为偏心螺栓。
优选的，对准装置包括对准钻套，固定连接于对准钻套两端面的透明片，对准钻套底端面的透明片下边面设有激光头，激光头正下方设有反射镜。
优选的，反射镜面积为钻孔应变花面积的1.2～1.4倍，反射镜边缘设有磁铁，且反射镜通过磁铁吸附于钻孔应变花位置。
优选的，透明片的材料为玻璃或塑料。
优选的，控制器包括电磁开关和调力旋钮，电磁开关分别与电磁压力块和电磁反力块电连接，调力旋钮与电磁压力块和电磁反力块连接。
优选的，电磁压力块与电磁反力块为电磁线圈。
优选的，上横梁与竖向杆之间通过一斜梁固定连接。
优选的，钻筒套与导向套之间设有钻孔深度调节垫片。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的盲孔法测定残余应力的钻孔装置中利用持续加力装置对钻筒套持续加力，保证钻孔的动作持续进行，并且持续加力装置设有控制器能够控制持续加力装置的工作，使得本发明的钻孔装置操作更省力更方便；而且本发明还设有对准装置，能够对准需要钻孔的位置，确保钻头对准钻孔点进行钻孔，提高了钻孔精度。
在本发明的优选方案中，持续加力装置的控制器包括电磁开关和调力旋钮，电磁开关分别与电磁压力块和电磁反力块电连接，调力旋钮与电磁压力块和电磁反力块连接，能够通过开关来控制电磁反力块与电磁压力块的磁力有无，通过调力旋钮来调节电磁反力块与电磁压力块的磁力大小，进而控制钻筒套的压力大小，实现不同深度钻孔所需的不同压力。而固定上横梁和下横梁的转向螺栓能够调节上横梁与下横梁之间的距离，进而能够调整电磁压反力块与电磁压力块之间的距离，实现进一步的控制两者之间的压力，达到调节压力的效果。
另有，本发明中的对准装置区别于现有的显微镜人工对准方式，本发明中的对准装置通过激光对准钻孔中心，方便快捷调整导向套的水平位置，确保钻头对准钻孔点，更加直观的对准钻孔位置，且能提高钻孔精度；对准装置通过激光的入射光线与反射平面镜反射光线的夹角来调整导向套外壳轴线位置和角度，保证钻孔方向与构件表面垂直，确保较高的钻孔质量。
综上，本发明结构简单，操作方便，省时省力，可以达到提高钻孔精度、提高钻进速度的效果，解决了钻孔时精度难以保证、加力困难的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明钻孔装置的结构示意图；
图2为本发明对准装置的结构示意图；
图3为本发明对准装置对准钻套的结构示意图；
图4为本发明电磁反力块的剖视结构示意图；
图5为本发明电磁压力块的剖视结构示意图；
其中，1、支撑座；2、电磁反力块；3、导向套；4、上横梁；5、下横梁；6、电磁压力块；7、钻筒套；8、钻头；9、对准钻套；10、透明片；11、激光头；12、反射镜；13、转向螺栓；14、竖向杆；15、调节螺栓；16、开关；17、斜梁；18、调节垫片。
具体实施方式
如图1-5所示，本发明提供的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，包括工字形支架，支架包括上横梁4、下横梁5和竖向杆14，上横梁4与下横梁5通过转向螺栓13连接于竖向杆14两端，竖向杆14下端设有支撑座1；下横梁5的一端固定连接有导向套3，当需要定位钻孔位置时，导向套3内设有对准装置，当需要钻孔时，导向套3内设有钻孔器，钻孔器包括设于导向套3上的钻筒套7，钻筒套7的底端设有钻头8，钻头8穿设于导向套3内，钻筒套7的顶端与上横梁4之间设有持续加力装置，持续加力装置包括设于钻筒套顶端的电磁压力块6，设于上横梁4的一端与电磁压力块6相匹配的电磁反力块2，以及控制电磁压力块6和电磁反力块2磁力大小的控制器，钻孔装置通过电磁压力块6与电磁反力块2之间相斥的力来提供钻孔压力。
作为一种优选的实施方式，支撑座1为磁盘吸座，磁盘吸座内设有调节螺栓15，调节螺栓15调节竖向杆14的位置，在本实施例中调节螺栓15为偏心螺栓。
作为一种优选的实施方式，对准装置包括对准钻套9，固定连接于对准钻套9两端面的透明片10，对准钻套9底端面的透明片10下边面设有激光头11，激光头11正下方设有反射镜12，其中，反射镜12面积为钻孔应变花面积的1.2～1.4倍，反射镜12边缘设有磁铁，且反射镜12通过磁铁吸附于钻孔应变花位置；透明片10的材料为玻璃或塑料；具体的，反射镜12的面积为钻孔应变花面积的1.2倍、1.3倍或是1.4倍等，即反射镜12能够完全覆盖钻孔应变花，以保证反射镜边缘磁铁可以恰好吸附于应变花四周，且保证反射镜上十字架位置与应变花钻孔位置相对应，便于确定导向套位置。
作为一种优选的实施方式，控制器包括电磁开关16和调力旋钮，电磁开关分别与电磁压力块6和电磁反力块2电连接，调力旋钮与电磁压力块6和电磁反力块2连接。电磁压力块6与电磁反力块2为电磁线圈，且电磁压力块6和电磁反力块2相对的面的磁极相反。
作为一种优选的实施方式，上横梁4与竖向杆14之间通过一斜梁17固定连接。
在使用本发明提供的钻孔装置时，先将对准装置安装于导向套3中，打开激光头11开关16，通过调节调节螺栓15来调节竖向杆14的在支撑座1的位置，并转动导向套3调节导向套3位置，使由入射到钻孔中心的光线经反射镜12反射的光斑能够从透明片10边缘逐渐向中心移动，确保导向套3与被钻孔的工件表面垂直，拧紧调节螺栓15，并将下横梁5锁紧，取出对准装置，取下反射镜12；然后将夹好钻头8的钻筒套7放到导向套3中，在钻筒套7与导向套3之间放置相应钻孔深度的调整垫片，将钻头8顶到应变花来确定钻头8的夹持长度，然后拧紧，使钻头8夹紧。打开钻头8的电机电源开关16，使钻孔器利用钻筒套7的自身重力钻出定位点，调整电磁反力块2和电磁压力块6之间的距离，同时打开电磁反力块2和电磁压力块6的开关16，并调节调力旋钮加压力，半小时后，继续调节调力旋钮加力，再过半小时后，继续调节调力旋钮加力，直至钻孔完毕。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，包括工字形支架，所述支架包括上横梁、下横梁和竖向杆，所述上横梁与所述下横梁通过转向螺栓连接于所述竖向杆两端，所述竖向杆下端设有支撑座；所述下横梁的一端固定连接有导向套，所述导向套内设置有对准装置或钻孔器，所述钻孔器包括设于所述导向套上的钻筒套，所述钻筒套的底端设有钻头，所述钻头穿设于所述导向套内，所述钻筒套的顶端与所述上横梁之间设有持续加力装置，所述持续加力装置包括设于所述钻筒套顶端的电磁压力块，设于所述上横梁的一端与所述电磁压力块相匹配的电磁反力块，以及控制所述电磁压力块和所述电磁反力块磁力大小的控制器；
所述对准装置包括对准钻套，固定连接于所述对准钻套两端面的透明片，所述对准钻套底端面的所述透明片下边面设有激光头，所述激光头正下方设有反射镜；所述反射镜面积为钻孔应变花面积的1.2～1.4倍，即反射镜能够完全覆盖钻孔应变花，以保证反射镜边缘磁铁可以恰好吸附于应变花四周，且保证反射镜上的十字架位置与应变花钻孔位置相对应，便于确定导向套位置；
所述支撑座为磁盘吸座，所述磁盘吸座内设有调节螺栓，所述调节螺栓为偏心螺栓，所述调节螺栓调节所述竖向杆的位置。
2.根据权利要求1所述的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，所述透明片的材料为玻璃或塑料。
3.根据权利要求1所述的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，所述控制器包括电磁开关和调力旋钮，所述电磁开关分别与所述电磁压力块和所述电磁反力块电连接，所述调力旋钮与所述电磁压力块和所述电磁反力块连接。
4.根据权利要求1或3所述的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，所述电磁压力块与所述电磁反力块为电磁线圈。
5.根据权利要求1所述的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，所述上横梁与所述竖向杆之间通过一斜梁固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种盲孔法测定残余应力的钻孔装置，其特征在于，所述钻筒套与所述导向套之间设有钻孔深度调节垫片。
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