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钻孔法测残余应力在凿岩台车伸缩臂上应用

分类:残余应力检测    关键词:钻孔法测残余应力

伸缩臂是凿岩台车的主要承载部件,在工作中,它不仅要支承凿岩台车伸缩臂上各部件的重量,还要承受油缸的驱动载荷、岩石通过减震装置传递的支反力、缓冲力和工作载荷等的作用。伸缩臂对保证凿岩台车整机使用寿命和可靠性方面起着非常重要的作用,但在使用中凿岩台车伸缩臂常达不到预期的使用寿命,出现裂纹和断裂现象,严重影响了凿岩台车的使用寿命和工作可靠性。因此,对伸缩臂进行残余应力测试是很重要的。本文采用钻孔法测残余应力,分析研究残余应力对凿岩台车伸缩臂的强度的影响。

试件介绍

测试前,将凿岩台车伸缩臂试件外表面打磨光滑,使试件表面的初始应力均匀分布;选择便于加载的伸缩臂试件部位施加载荷,预制残余应力和用钻孔法测残余应力;凿岩台车伸缩臂材料为16Mn,弹性模量E=210GPa,屈服极限=296MPa,泊松比μ=0.33.

预制残余应力

凿岩车伸缩臂材料为16Mn,由材料的σ-ε曲线可知,欲使试件产生1200με,给试件加载预制残余应力时应注意,F必须足以达到使材料屈服,但是F又不能太大,以避免试件破坏。实验中用万能试验机施加载荷,用测量传感器测量加载力,用静态应变仪测量测点的应变。

残余应力测试

钻孔法测残余应力可分为通孔和盲孔二种方式。一般对于薄壁零件采用通孔,本实验采用该种方法。

我们用一组不同直径的钻头对试件表明的残余应变作了测试,得到εaεbεc三个方向的应变值与钻孔直径的关系如表

凿岩台车伸缩臂.jpg

1是刚钻完孔后所测得的应变和冷却后稳定的应变值与钻孔直径之间的关系。从上述数据可以得到结论:随着钻孔直径的增大,应变值随之增大,在钻孔直径较小时,应变值随直径的变化比较缓慢。但当钻孔直径大于4.5mm时,应变值就急剧上升,显然这时用钻孔法测得的应变值已不能反映试件本身由于钻孔后所释放的残余应变情况,而更多地反映了钻削力和钻削热所引起的应变情况。因此,选择较小直径的钻头可以确保测试的精度。但是钻孔直径又不能太小,否则所释放的应变值将会很小,达不到实验的目的。经反复实验,我们在试验中选择的钻头直径为3.5mm,选取r=3.0mm。

结论

1. 用钻孔法测试凿岩车伸缩臂表面的残余应力,其影响误差的因素有很多的,其中对钻孔直径的选择是非常重要的。根据本次实验结果,对薄壁零件钻孔的钻头直径可取壁厚1-1.2倍,本次实验中采用的钻头直径是3.5mm,是壁厚的1.19倍。

2. 由表2可知,实验求得的残余应力值是49.6MPa,而由理论分析求得的残余应力值是54.5MPa,因此可以求得用钻孔法测试凿岩台车的残余应力与弹塑性理论计算的残余应力相差11%左右。所以钻孔法测残余应力在凿岩台车上的应用是可行的。


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