CN1330950C - 测量气缸体二重连接区残余应力的方法 - Google Patents

测量气缸体二重连接区残余应力的方法 Download PDF

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Abstract

测量气缸体二重连接区残余应力的方法，利用贴在二重连接区缸径内侧的应变片，在局部切削缸径的过程中检测多个应变片的输出值，根据这些应变片的输出值计算二重连接区的残余应力。

Description

测量气缸体二重连接区残余应力的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年2月26日在韩国专利局提出的韩国专利申请号10-2004-0013078的优先权并享有其利益，在此将其整个内容引入以供参考。
技术领域
总体上，本发明涉及残余应力的测量方法。更具体地说，本发明涉及通过局部切削二重连接区来测量发动机气缸体二重连接区(siamese)残余应力的方法。
背景技术
在车辆上应用的许多零件通常是铸件，其内部具有残余应力。这就是说，由于浇注后收缩，这种零件很可能产生很高的残余应力，而高的残余应力大大缩短零件的疲劳寿命。
当前，发动机气缸体通常用铝材制作以减轻重量和车辆的油耗。但在缸径内部还应用铸铁材料以防气缸体的刚性和疲劳寿命恶化。
这种铸铁材料与铝有不同的热膨胀系数。因此，在气缸体浇注后相邻缸径在气缸体顶部交会处的二重连接区具有相对高的残余应力。
二重连接区的残余应力会造成开裂，如图1所示，因而不利于发动机的疲劳强度和耐用性。
因此，在研制新发动机时测量气缸体二重连接区的残余应力是十分必要的。当测出的残余应力高于标准时，应改变气缸体的加工方法与结构以便降低残余应力。
通常测量残余应力用切削法或非切削法。因为可用X射线、超声波、电磁波等对晶体结构作分析，非切削法不会损坏加工好的产品。按照切削法，残余应力的大小是通过测量产品的变形而获得的，该变形通过消除因切削引起的残余应力而产生的。
在切削方法的各种方案中，应用最广的是钻削方案和全切方案。
根据钻削方案在大致圆形的结构上在目标测量区域四周的0°、120°和270°处分别贴上应变片。当目标区用钻头或激光器切除时随即用四周的应变片测量产品的变形(及相应的残余应力)。
另一方面，根据全切法，将应变片贴在测量残余应力的目标区。然后，将环绕应变片整周切削产品，使目标区与产品完全分离，再测量得到的变形(及相应的残余应力)。
对于用非切削法测量残余应力来讲，需要很贵且复杂的设备。除此之外，由于对这种设备而言，发动机气缸体尺寸太大，因此非切削法并不认为适合于测量气缸体的残余应力。
根据钻削方案，应保证在目标测量区四周有较宽区域用来贴应变片。但在气缸体的二重连接区周围没有足够区域可提供，因此这不是应用这种钻削方案的好的例子。
因此，根据发动机二重连接区残余应力测量的传统方案，广泛采用全切方案，因而，将产品沿贴有应变片整周切除，使贴有应变片的目标测量区与产品完全分离。
但根据此全切方案，因为要将二重连接区与气缸体完全分离，残余应力的测量很费时间。
本发明背景中公开的资料只是为了加深对发明背景的理解，不应认为是在该国对专业技术人员熟知的构成现有技术的内容的认可或任何形式的建议。
发明内容
本发明致力于提供一种测量残余应力的方法，它不必使二重连接区与发动机气缸体完全分离。
根据本发明实施例应用应变片测量发动机气缸体二重连接区的残余应力的典型方法包括，在二重连接区缸径内侧贴附应变片，在局部切除缸径过程中检测多个应变片的输出值，及根据该多个应变片的输出值计算二重连接区的残余应力。
在另一实施例中，对应变片输出值的检测是连续检测应变片的输出值，并且在该实施例中，该连续的输出值是在从缸径端部沿向其轴向切削应变片两侧的缸径过程中进行检测的。而且在此情况下，残余应力的计算是通过下列步骤实现的：确定应变片的连续输出值是否低于预定比率，在应变片的连续输出值的变化率低于预定比率的情况下，根据应变片最后输出值计算残余应力。
在另一实施例中，预定比率范围为0-2％。
根据本发明实施例，发动机气缸体二重连接区残余应力的典型测量系统包括，贴在二重连接区的应变片，对贴有应变片的二重连接区进行切削的切削装置，及根据应变片输出值计算二重连接区残余应力的控制器。
该控制器是由预定程序驱动的微处理器，该控制器被编程为可执行下列指令：检测在局部切削缸径过程中多个应变片的输出值并根据这些应变片的输出值计算二重连接区的残余应力。
在另一实施例中，多个应变片输出值的检测是检测应变片的连续输出值，这些连续输出值是在从缸径端部沿其轴向切削应变片两侧的缸径的过程中进行检测的。而且在此情况下，残余应力的计算可以通过下列步骤实现：确定的连续输出值的变化率是否低于预定比率，在应变片连续输出值的变化率低于预定比率的情况下，根据多个应变片最后输出值计算残余应力。
在另一实施例中，预定比率范围为0-2％。
附图说明
附图用于说明本发明的典型实施例并与说明书一起解释本发明的原理，其中：
图1示出了残余应力引起的气缸体二重连接区中的裂纹；
图2是根据本发明实施例的测量残余应力方法的系统的方框图；
图3是一流程图，示出了根据本发明实施例测量残余应力的方法；
图4示出了根据本发明实施例残余应力测量方法的贴有应变片的气缸体；
图5示出了按照根据本发明实施例测量残余应力方法局部切除的二重连接区；以及
图6是一曲线图，示出了根据本发明实施例局部切削方案与传统全切方案获得的输出值的比较。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
图2示出了实施根据本发明实施例测量残余应力方法的系统的简图。
如图2所示，根据本发明实施例测量残余应力方法的实施系统包括：贴在发动机气缸体60的缸径50的二重连接区10的应变片20(参见图4和5)、用于切削贴有应变片20的二重连接区10的切削装置30、及控制器40，该控制器40可根据应变片20的输出值计算二重连接区10的残余应力。
具体而言，贴到二重连接区10的应变片20被固定在缸径50的内表面上。图4示出了气缸体60的缸径50贴有应变片20。
在图2中，应变片20的输出端(未示出)连接控制器40，因此，应变片20的输出值可输送到控制器40。
控制器40为一由预编程序驱动的微处理器且其被编程为根据应变片20的输出值(如电流值)按本发明实施例测量残余应力的方法计算二重连接区10的残余应力。
作为切削装置30，钻头或端铣刀可用来切削应变片20附近的缸径。
图3是一流程图，示出了根据本发明实施例测量残余应力的方法。
图3是根据本发明实施例的测量残余应力的方法。首先在步骤S310中将应变片20贴附到二重连接区10缸径50的内侧上，在此处发动机缸体60的缸径50被连接。应变片20连接到控制器40上。
随即在步骤S320中，控制器40在切削发动机气缸体60的二重连接区10之前检测并储存贴到二重连接区10的应变片20的初始值(如初始电流值)。
然后在步骤S330中，控制器40检测在从缸径50端部沿轴向在应变片20两侧切削缸径50过程中所产生的应变片20的连续输出值。
图5示出了根据本发明实施例测量残余应力方法由切削装置30对二重连接区10的局部切除。
如图5所示，二重连接区10的切削方向是缸径50的轴向，二重连接区10在应变片20的两侧被切除。
在本实施例中，二重连接区10是逐步切除的。随着缸径切削深度的加深，应变片20产生与由于残余应力引起的二重连接区10变形相应的输出值并将此输出值传送到控制器40。
随后在步骤S340中，控制器40计算应变片20连续输出值的变化率R，然后确定此变化率R是否小于或等于预定比率Rc。
如果输出值的变化率R小于预定比率Rc，则控制器40在S350步中根据应变片20的最后输出值计算残余应力。
当发现输出值的变化率R大于预定比率Rc时，则控制器40回到步骤S330，于是二重连接区10由切削装置30作进一步切削，然后再次检测应变片20相关的输出值。
这就是说，传统的全切方案中贴上应变片20的二重连接区10应当与缸径50完全分离，与之相反，根据本发明实施例的方法，二重连接区10在其两侧如图5所示沿缸径50的轴向被逐步切削的同时，重复检测残余应力。
在图6中，将本发明的应变片20的输出值与传统全切法获得的输出值作比较。如图6所示，根据本发明实施例的应变片20的输出值，当二重连接区10被切到一定深度(如20mm)以上时其变化率小于预定比率。这意味着，如果二重连接区被切到足够深度，进一步切削不会产生更多的二重连接区10的变形，这本身又意味着本发明实施例可获得与传统全切法一样的效果。
因此，根据本发明的实施例可得到同样效果，而时间大为缩短，并且致力于残余应力的测量。
从应变片20的输出值(如电流值)计算残余应力对于专业技术人员是显而易见的，因此不作进一步说明。
根据发动机气缸体二重连接区测量残余应力的方法，贴上应变片的二重连接区不必与缸径完全分离，而只需沿缸径轴向逐步作局部切削。二重连接区的残余应力在逐步的局部切削过程中根据产生的应变片的输出值可容易测出。
虽然本发明已结合目前认为时最实用的示例性实施例作了说明，但应明白，本发明不限于已公开的实施例，正相反，本发明打算包括所附权利要求书范围内的各种修改及等同结构。

Claims (6)

1、一种用应变片测量发动机气缸体二重连接区残余应力的方法，该方法包括：
在二重连接区缸径内侧贴附应变片；
在局部切削缸径期间检测多个应变片的输出值；以及
根据该多个应变片的输出值计算二重连接区的残余应力。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，该检测多个应变片输出值的步骤检测应变片的连续输出值，该连续输出值是在从缸径端部沿轴向切削应变片两侧的缸径过程中被检测的；以及
其中，残余应力的计算包括：
确定应变片连续输出值的变化率是否低于预定比率；以及
在应变片连续输出值的变化率低于预定比率的情况下，根据应变片的最后输出值计算残余应力。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，该预定比率在0-2％范围内。
4、一种测量发动机气缸体二重连接区残余应力的系统，该系统包括：
应变片，贴到二重连接区；
切削装置，用于切削贴有应变片的二重连接区；以及
控制器，用于根据应变片的输出值计算二重连接区的残余应力，
其中，该控制器是一由预定程序驱动的微处理器，并且该控制器编程为执行以下指令：
在局部切削缸径期间检测多个应变片的输出值；以及
根据该多个应变片输出值计算二重连接区的残余应力。
5、如权利要求4所述的系统，其特征在于，该检测多个输出值的指令包括检测应变片的连续输出值的指令，该连续输出值是在从缸径端部沿轴向切削应变片两侧的缸径过程中被检测的，以及
其中，计算残余应力的指令包括以下指令：
确定应变片连续输出值的变化率是否低于预定比率；以及
在应变片连续输出值的变化率低于预定比率的情况下，根据应变片的最后输出值计算残余应力。
6、如权利要求5所述的系统，其特征在于，该预定比率在0-2％范围内。
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