CN108168761A - 一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法 - Google Patents

一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法 Download PDF

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刘成
曹海龙
牛关梅
杨中玉
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Abstract

一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法，采用X射线法、盲孔法、超声波法、裂纹柔度法或有限元分析法的其中一种方法对不同厚度的板材进行残余应力测量；用机加工法切割试样，残余应力释放引起板材翘曲，利用位移传感器测量翘曲量，得到不同厚度板材残余应力与翘曲量的关系；通过拟合曲线得到二次方程：y＝ax2+bx+c，其中x‑残余应力，y‑翘曲量，a,b,c‑为拟合系数；基于建立的残余应力与翘曲量的函数关系，测量特定线切割百分比下的翘曲量y，根据公式计算出残余应力。

Description

一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法
技术领域
本发明涉及一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法。
技术背景
铝合金厚板广泛应用于航空航天等大型设备。在航空铝合金厚板生产过程中，为了提高板材的力学性能，通常采用固溶淬火和时效处理，在固溶淬火过程中，厚板表面与心部冷却不均匀，使得铝合金厚板存在很高的残余应力，由于心部比表面冷却慢，最终淬火后表面为压应力，心部为拉应力。残余应力的存在使得铝合金厚板在机加工成航空零部件过程中产生变形，从而引起零部件变形失效。为了降低铝合金厚板的残余应力，在固溶淬火后，进行预拉伸处理，通过预拉伸工艺产生的塑性拉伸，将残余应力部分的释放，将残余应力控制在一定的数值范围内，才能减小铝合金厚板机加工过程中产生的变形，得到合格的零部件。由于残余应力测试设备造价昂贵，测试环境要求苛刻，不适宜工业生产中的铝合金性能的控制，因此，需要一种能够适用于铝合金厚板工业生产过程中残余应力的有效表征方法。
发明内容
为了解决上述技术问题：本发明提供一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法，本发明适用于航空铝合金厚板工业化生产中残余应力的有效表征方法。
本发明通过以下技术方案实现：
(1)采用X射线法、盲孔法、超声波法、裂纹柔度法或有限元分析法的其中一种方法对不同厚度的板材进行残余应力测量；
(2)用机加工法沿板厚方向切割试样，残余应力释放引起板材翘曲，利用位移传感器测量翘曲量，得到不同厚度板材残余应力与翘曲量的关系；通过拟合曲线得到二次方程：y＝ax2+bx+c，其中x-残余应力，y-翘曲量，a,b,c-为拟合系数；
(3)基于建立的残余应力与翘曲量的函数关系，对金属板材进行切割，测量特定线切割百分比下的翘曲量y，根据公式计算出残余应力；
根据上述方法，其特征在于，在所述步骤(2)中机加工法优先采用线切割法；
根据上述方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割是将金属板材的一端固定，固定部分的长度小于试样长度的1/2，线切割位置优先选择在试样长度1/2处，并沿着板厚进行切割；
根据上述方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，翘曲量的测量是在远离装夹部位的一端进行；
根据上述方法，其特征在于，在所述步骤(3)中所述特定线切割百分比为线切割的百分比控制在翘曲量趋于平缓的位置；
根据上述方法，其特征在于，在所述步骤(3)中切割深度为板厚的62.5％～75％，其次推荐切割深度为板厚的75％～95％，再次推荐切割深度为板厚50％～62.5％，最后推荐切割深度为板厚30％～50％；
根据上述方法，其特征在于，预测的残余应力是金属板材的残余应力。
本发明的有益技术效果：该方法通过大量实验数据积累，建立了残余应力与翘曲量的关系，只需测量试样的翘曲量就能评价其残余应力水平。该方法操作简单、直观，测量效率高，适用于工业生产过程的检测。
附图说明
图1为铝合金厚板线切割过程示意图；
图2为铝合金厚板残余应力沿厚度分布示意图；
图3为铝合金厚板不同线切割深度百分比下翘曲位移示意图；
图4为铝合金厚板在不同板厚、翘曲量下残余应力预测示意图。
图中，1为待测铝合金厚板试样、2为线切割丝。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
(1)采用X射线法、盲孔法、超声波法、裂纹柔度法或有限元分析法的其中一种方法对不同厚度铝合金板进行残余应力测量，铝合金厚板的残余应力分布如图2所示。
(2)将铝合金厚板的一端固定，如图1剖面线部分，固定部分的长度小于试样长度的1/2，然后将位移传感器如千分表或激光传感器放置于板材1一端边缘中心部位的a点，记录初始数值，在试样长度1/2处，用线切割丝2沿着板厚进行线切割。根据铝合金厚板不同线切割深度百分比下翘曲位移示意图，如图3所示，翘曲量趋于平缓时的百分比深度作为线切割百分比；优先选择切割深度为板厚的62.5％～75％；记录切割后a点的数值；得到a点数值的变化量即为板材的翘曲量。
(3)测量不同厚度板材的翘曲量，得到残余应力与翘曲量的关系；通过拟合曲线得到二次方程：y＝ax2+bx+c，其中x-残余应力，y-翘曲量，a,b,c-为拟合系数。
(4)基于建立的残余应力与翘曲量的函数关系，对金属板材进行切割，通过测量特定线切割百分比下的翘曲量y，根据公式计算出残余应力，如图4所示，可得到不同板厚、翘曲量下残余应力的分布。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于残余应力释放翘曲量预测金属板材残余应力的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)采用X射线法、盲孔法、超声波法、裂纹柔度法或有限元分析法的其中一种方法对不同厚度的板材进行残余应力测量；
(2)用机加工法沿板厚方向切割试样，残余应力释放引起板材翘曲，利用位移传感器测量翘曲量，得到不同厚度板材残余应力与翘曲量的关系；通过拟合曲线得到二次方程：y＝ax2+bx+c，其中x-残余应力，y-翘曲量，a,b,c-为拟合系数；
(3)基于建立的残余应力与翘曲量的函数关系，对金属板材进行切割，测量特定线切割百分比下的翘曲量y，根据公式计算出残余应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中机加工法优先采用线切割法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割是将金属板材的一端固定，固定部分的长度小于试样长度的1/2，切割位置优先选择在试样长度1/2处，并沿着板厚方向进行切割。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，翘曲量的测量是在远离装夹部位的一端进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中所述特定线切割百分比为线切割的百分比控制在翘曲量趋于平缓的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割深度为板厚的62.5％～75％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割深度为板厚的75％～95％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割深度为板厚的50％～62.5％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中试样切割深度为板厚的30％～50％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测的残余应力是金属板材的残余应力。
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