CN110160689B - 一体式切缝翘曲法残余应力测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体式切缝翘曲法残余应力测试仪，包括装夹结构、切割结构、变形测试结构、冷却结构；装夹结构用于试样的加紧与卸载；切割结构通过电动推杆的伸缩，带动片状电极水平线性运动，通过片状电极与试样之间脉冲放电，实现试样切割；切割时，试样一端被压紧在台阶和夹钳的滑块之间，另一端保持自由状态，且与位移采集装置良好接触，位移采集装置的固定座通过前后凹槽和上下凹槽，实现位移采集装置的前后和上下平移，实现自由端每个切割深度下变形量的有效采集；冷却液喷射到片状电极与试样的切割缝隙，实现切割部位的冷却；确定板材、型材等金属材料表面与内部残余应力大小以及残余应力在厚度上的不均匀分布情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体式切割并测量金属板材、型材内部残余应力的装置。
背景技术
金属厚板、型材由于高比强度和优良的力学性能，广泛应用于航空航天等大型设备。由于制备过程中不均匀的塑性变形和温度场分布，导致厚板、型材等材料表面与内部存在较高的残余应力不均匀性。表面与内部不均匀残余应力的存在会导致金属板材、型材在机加工成零部件过程中产生翘曲、扭曲等变形，进而引起零部件尺寸不合格。目前，对于残余应力工业化检测，国内缺乏低成本高精度的方法和专用设备。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种一体式切缝翘曲法残余应力测试仪，通过残余应力释放变形量，检测金属板材、型材内部残余应力在厚度上的分布，从而获取材料内部的残余应力不均匀分布情况，进而为企业产品残余应力是否达标提供设备支撑。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一体式切缝翘曲法残余应力测试仪，所述测试仪包括装夹结构、切割结构、变形测试结构、冷却结构；所述装夹结构用于试样的加紧与卸载；所述切割结构包括电动推杆(11)、片状电极(16)，通过电动推杆(11)的伸缩，带动片状电极(16)水平线性运动，通过片状电极(16)与试样之间脉冲放电，实现试样切割，片状电极水平方式切割材料，与重力方向垂直，降低切割过程中材料自重对残余应力释放变形的影响；所述变形测试结构包括位移采集装置和固定座(15)；切割过程中，试样一端被装夹机构压紧，另一端保持自由状态，并且与位移采集装置良好接触，用于支撑位移采集装置的固定座(15)通过前后凹槽和上下凹槽，实现位移采集装置的前后和上下平移，实现不同尺寸的板材、型材切割位置的自由调整；所述冷却结构用于将冷却液喷射到片状电极 (16)与试样的切割缝隙，实现切割部位的冷却，并且清除切割缝隙放电产生的氧化物夹杂；通过变形与板厚、材质及残余应力的对应关系，确定所测金属材料从表面到心部残余应力的大小。
进一步的，所述的装夹结构包括箱体(1)、手柄(3)、夹钳(22)，夹钳(22)与箱体(1)固定连接，手柄(3)的螺杆与夹钳(22)的滑块相连接，夹钳为丝杆滑块结构，通过旋转手柄带动丝杆转动，进而带动夹钳的滑块上下平移，实现试样的加紧与卸载。
进一步的，变形测试结构还包括支撑件(12)、显示器(7)，所述固定座 (15)与支撑件(12)固定连接，位移采集装置与固定座(15)相连，支撑件 (12)留有凹槽，可调节固定座(15)的前后位移，固定座留有凹槽，可实现位移采集装置的上下位移调节，位移采集装置采集切割试样产生的变形量，通过所述显示器(7)实时显示变形量，通过翘曲变形与残余应力的对应关系，实时测试板材或型材不同切割深度下的残余应力。
进一步的，所述的箱体(1)顶板上有矩形观察窗，观察窗上有活动盖板(4)，活动盖板(4)通过合页(5)和螺钉(6)与箱体(1)顶板，活动盖板(4)为透明钢化玻璃材料，活动盖板(4)打开后，可进行位移采集装置的调整，活动盖板关闭后进行电极与试样之间的放电，可透过活动盖板观察放电过程是否正常进行。
进一步的，所述的电动推杆(11)的机身通过螺栓固定于支撑件(12)上，电动推杆(11)的伸缩杆与片状电极(16)相连接，在电动推杆的伸缩杆水平推动下，带动片状电极水平线性运动，片状电极和试样上接通电流形成回路，片状电极与试样之间放电，实现试样的切割。
进一步的，试样与片状电极之间设置有竖直放置的第一支撑隔板(18)，所述第一支撑隔板(18)右侧，与试样之间留有间隙，确保试样切割过程残余应力释放变形后与第一支撑隔板(18)不会接触，从而确保试样变形的充分释放，支撑隔板18右侧有一个水平方向的台阶，台阶宽度小于试样长度的1/2，确保试样一端被压紧在台阶和夹钳的滑块之间，另一端自由状态，并且与位移采集装置良好接触。进一步的，冷却结构包括冷却水嘴(2)、冷却水箱(9)，冷却水嘴为上圆下扁结构，冷却水由冷却水嘴进入后，从冷却水嘴下面扁形出口喷出，喷射到片状电极(16)与试样的切割缝隙，试样与箱体底板(10)之间设置有第二支撑隔板(20)，箱体底板(10)放置于冷却水箱(9)之上，所述第二支撑隔板(20)开有条状切口，箱体底板(10)上开有圆形切口，使得冷却水可以穿过第二支撑隔板(20)、箱体底板(10)，最终流进冷却水箱。
本发明的有益技术效果，本发明提供了一种一体式切割并测量金属板材、型材内部残余应力的装置，通过该装置，能够快速评估材料内部残余应力大小，以及不同批次材料之间残余应力的波动性，从而实现板材、型材等残余应力的有效监控，有助于建立板材残余应力控制标准，提高材料残余应力的均匀性。
附图说明
图1为本发明整体外观示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明正视图；
图4为本发明A-A剖面俯视图；
图5为厚板残余应力测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，一体式切缝翘曲法残余应力测试仪，装夹结构包括箱体1、手柄3、夹钳22，夹钳22与箱体1固定连接，手柄3的螺杆与夹钳22的滑块相连接，夹钳22为丝杆滑块结构，通过旋转手柄3带动夹钳22的滑块上下平移，实现试样19的加紧与卸载。
切割结构包括电动推杆11、片状电极16，电动推杆11的机身通过螺栓固定于支撑件12上，电动推杆11的伸缩杆与片状电极16相连接，在电动推杆11 的伸缩杆水平推动下，带动片状电极16水平线性运动。片状电极16和试样上接通电流形成回路，片状电极与试样之间放电，实现试样的电火花切割。
根据上述的装置，其特征在于，变形测试结构包括支撑件12、螺钉13、千分表14、千分表固定座15、千分表指针17、显示器7，千分表固定座15通过螺钉13与支撑件12相连接，千分表14与千分表固定座15螺钉相连，支撑件 12留有凹槽，可调节千分表固定座15的前后位移调节，千分表固定座15留有凹槽，可实现千分表14的上下位移调节，切割试样产生的变形量，引起千分表指针17的变化，进而通过显示器7实时获得相应切割深度下的变形量，通过变形与板厚、材质及残余应力的对应关系，实现金属材料从表面到心部残余应力的实时测试，测试结果如图5所示。
为了确保材料切割过程中变形能够充分的释放，支撑隔板18右侧有一个台阶，保证试样19一端被压紧在台阶和夹钳22滑块之间，另一端自由状态，并且与千分表指针17良好接触。
根据上述的装置，其特征在于，冷却结构包括冷却水嘴2、冷却液箱9，冷却水嘴2为上圆下扁结构，穿过支撑隔板21并被固定，冷却液由冷却水嘴2进入后，从冷却水嘴2下面扁形出口喷出，喷射到片状电极16与试样19的切割缝隙，实现切割部位的冷却，并且清除切割缝隙放电产生的氧化物夹杂，试样与箱体底板10之间设置有支撑隔板20，箱体底板10放置于冷却水箱9之上，支撑隔板20下面有条状切口，箱体底板10上开有圆形切口，使得冷却水可以穿过支撑隔板20、箱体底板10，最终流进冷却液箱9。本装置可测试的材料为一切板材、挤压型材类结构，不限于具体尺寸。测试材料为一切可采用低外力去除的材料，不局限于特定的金属材料品种。位移采集装置可采用一切可精确采集变形位移的装置，不限于千分表。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一体式切缝翘曲法残余应力测试仪，其特征在于，所述测试仪包括装夹结构、切割结构、变形测试结构、冷却结构；所述装夹结构用于试样的加紧与卸载；所述切割结构包括电动推杆(11)、片状电极(16)，通过电动推杆(11)的伸缩，带动片状电极(16)水平线性运动，通过片状电极(16)与试样之间脉冲放电，实现试样切割；所述变形测试结构包括位移采集装置、固定座(15)、支撑件(12)、显示器(7)，所述固定座(15)与支撑件(12)固定连接，位移采集装置与固定座(15)相连，支撑件(12)留有凹槽，可调节固定座(15)的前后位移，固定座留有凹槽，可实现位移采集装置的上下位移调节，位移采集装置采集切割试样产生的变形量，通过所述显示器(7)实时显示变形量，通过翘曲变形与残余应力的对应关系，实时测试板材或型材不同切割深度下的残余应力；切割过程中，试样一端被装夹结构压紧，另一端保持自由状态，并且与位移采集装置良好接触，用于支撑位移采集装置的固定座(15)通过前后凹槽和上下凹槽，实现位移采集装置的前后和上下平移，实现不同尺寸的板材、型材切割位置的自由调整；所述冷却结构用于将冷却液喷射到片状电极(16)与试样的切割缝隙，实现切割部位的冷却，并且清除切割缝隙放电产生的氧化物夹杂；通过变形与板厚、材质及残余应力的对应关系，实现金属材料从表面到心部残余应力的实时测试，以及残余应力在厚度上的不均匀分布情况。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述的装夹结构包括箱体(1)、手柄(3)、夹钳(22)，夹钳(22)与箱体(1)固定连接，手柄(3)的螺杆与夹钳(22)的滑块相连接，夹钳为丝杆滑块结构，通过旋转手柄带动丝杆转动，进而带动夹钳的滑块上下平移，实现试样的加紧与卸载。
3.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，所述的电动推杆(11)的机身通过螺栓固定于支撑件(12)上，电动推杆(11)的伸缩杆与片状电极(16)相连接，在电动推杆的伸缩杆水平推动下，带动片状电极水平线性运动，片状电极和试样上接通电流形成回路，片状电极与试样之间放电，实现试样的切割。
4.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，试样与片状电极之间设置有竖直放置的第一支撑隔板(18)，所述第一支撑隔板(18)右侧有一个水平方向的台阶，确保试样一端被压紧在台阶和夹钳的滑块之间，另一端自由状态，并且与位移采集装置良好接触。
5.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于，冷却结构包括冷却水嘴(2)、冷却水箱(9)，冷却水嘴为上圆下扁结构，冷却水由冷却水嘴进入后，从冷却水嘴下面扁形出口喷出，喷射到片状电极(16)与试样的切割缝隙，试样与箱体底板(10)之间设置有第二支撑隔板(20)，箱体底板(10)放置于冷却水箱(9)之上，所述第二支撑隔板(20)和箱体底板(10)上均开有切口，使得冷却水可以穿过第二支撑隔板(20)、箱体底板(10)，最终流进冷却水箱。
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