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圆柱螺旋弹簧残余应力测量

分类:残余应力检测    关键词:残余应力测量

弹簧制造过程中会产生残余应力,残余应力影响着弹簧静、动态性能。弹簧的损坏通常是由于应力超过材料弹性极限或蠕变、松弛引起的变形超限和疲劳破坏两大类。在螺旋压缩弹簧强度设计中,除了根据理论公式计算外载荷引起的簧丝截面剪应力外,还需考虑制造过程中产生的残余应力对工作应力的迭加影响。如果弹簧表层具有和工作应力方向相反的反向残余应力,则会提高其承载能力,否则就是有害残余应力。在冷卷成形绕簧工序中,圆截面钢丝受塑性弯曲,由于卸除夹具后回弹,使簧丝外侧产生残余压应力,内侧产生残余拉应力。其绝对值接近材料的屈服极限,从压缩承载时应力状态可知,簧丝内侧存在大量的残余拉应力值将大大降低弹簧的负荷能力,所以,消除残余应力和获得反向残余应力是制造过程必须考虑的重要内容。

切割法测量弹簧残余应力

切割法是残余应力测量方法之一,测试前,在弹簧簧圈的轴向粘贴电阻应变片,应变片规格应根据簧丝直径选用。

切割簧丝解除应变片轴向约束,释放残余应力。采用聚航科技生产的JHYC静态应变仪半桥补偿电路,补偿片贴在同一材料弹簧簧圈上。在通用铣床上进行切割,用Φ75*1切口铣刀,转速60r/min,进刀速度0.5mm/min,切割加工温度控制在50℃以下,不可用液体冷却措施,保护应变片不短路。

数据表明,在直径4.5mm的簧丝上,当割槽深度达到2mm时指示应变趋于稳定。切断簧丝有两种操作方法,垂直进刀和水平进刀。当同时测量同一截面内外侧时,以水平进刀方向更简捷,用两台静态应变仪分别测量内外侧应变度数。在应变片四周依次采用垂直进刀方式切割四刀和只切一刀对比测试,试验数据表明,应变片前端第一次切割应变释放量达四刀切割迭加总应变的85%以上,由于横向效应,片侧的两次切割指示反向应变,片后的第三刀由于须避开焊点而距丝栅较远,释放应变自然就较小.所以在作对比试验中为简化操作,可采用一次切割。

应变释放率主要由割线到应变片丝栅距离L控制,采用垂直进刀方式时须仔细调节进刀量,使对比试件具有相同的L值。水平进刀时,可先在距丝栅约1mm处切断簧丝,然后以0.1mm进刀量切削逐次逼近并记录释放应变量,把应变片失效前的指示应变值作为对比量,应变片的指示应变和残余应变符号相反,计算出残余应力的释放量。作为切割法的应用,对某弹簧制造厂生产的重型汽车发动机气门外弹簧进行了测定,该弹簧要求应力高,疲劳强度大。

圆柱螺旋弹簧.png

测试表明,弹簧内侧压缩残余应力是外侧的三分之二,保存一定数量的内侧残余压应力,有利于提高弹簧的承载能力。弹簧的疲劳强度和寿命受多种因素控制,而切割法测量弹簧残余应力,可作为提高弹簧强度的一种检测手段,用于指导生产和工艺制定。


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