[发明专利]一种采用盲孔法测试大型机床用滑枕铸件残余应力分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型铸件应力测试领域，特别涉及一种采用盲孔法测试大型机床用滑枕铸件残余应力分布的方法。

背景技术

随着我国高端制造与装备业的快速发展，对零部件加工精度的要求也越来越高。滑枕作为大型数控机床的核心功能部件，其内部安装有机床主轴，因此滑枕变形将直接导致刀具和工件的相对误差，是影响加工质量的重要因素。滑枕铸件较长，壁厚差较大，在铸造过程中由于温度分布不均，温度下降会产生收缩和发生相变，使其内部产生应力，当内应力没有被彻底消除时便会产生铸造残余应力，过大的残余应力会引起铸件产生开裂、变形等早期失效事故，影响铸件的机械性能和使用寿命。对于残余应力的测试，国内外学者进行了大量的研究。Schajer,G.S.等通过采用几种典型的破坏性测量残余应力方法进行对比分析，并对相应方法进行了分析。饶德林等人采用振动时效(VSR)的方法消除焊接残余应力, 并对焊后和振动时效后底板焊缝上残余应力的对比测量，全面地、定量地了解振动时效工艺对残余应力的变化及最终的应力状况的影响。张津等人借助自主研发的短波长特征X射线衍射仪（SWXRD）对2024-T351铝合金FSW焊件内部残余应力进行了测试，结果表明, SWXRD可以实现铝合金内部残余应力的无损检测。董达善等人通过张量分解，推导了残余应力在压痕过程中所做的功，通过有限元分析，总结了残余应力对压痕过程的影响；刘晓丹等人根据膨胀波纹管体冷压成型后存在较大的残余应力常导致管端面严重变形和尺寸不稳定性，探索了振动时效法用于消除或减弱波纹管体残余应力的可行性。

目前，国内外对残余应力进行测试的方法很多，相对发展较成熟的且获得广泛认可的是X 射线衍射法，该方法对被测件无损害，但是成本较高、所需设备昂贵，且计算复杂，常用于平面应力的场合下测量细晶粒材料的内应力。

盲孔法应力测试方法属于小孔释放法中的一种，其基本原理是在残余应力待测点上钻上一个小盲孔。由于孔壁原有残余应力的释放，在孔附近引起线应变，测量线应变便可换算出孔壁原有残余应力值。该方法是残余应力测量机械法中破坏性最小的一种。美国材料试验协会于1981年首次颁布ASTM标准E837-81“用钻孔应变测量决定残余应力的标准方法”，表明小孔释放法已可应用于工业。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种采用盲孔法测试大型机床用滑枕铸件残余应力分布的方法，该方法成本低、不需要昂贵的设备，计算简单，测量精度较高、理论完善、技术成熟，根据滑枕铸件结构进行应力测点布置，依据盲孔法测量标准对测点位置因残余应力引起的应变进行测试，可确定滑枕结构应力集中和薄弱部位，为大型滑枕铸件及其类似结构的铸造工艺提供参考依据。

本发明的目的是通过以下技术要求和措施来实现：

一种采用盲孔法测试大型机床用滑枕铸件残余应力分布的方法，包含如下步骤：

1）将滑枕铸件从铸型中取出，清除掉本体以外的多余部分，并打磨精整铸件内外表面；

2）分析滑枕铸件结构，选择残余应力测试面，并对各面进行打磨清洗，然后进行残余应力测点布置；

3）对各测试点残余应力引起的应变进行测试；

4）将测试得到的应变数据进行分析整合，利用残余应力计算公式计算得到各点的残余应力值，最终通过曲线拟合，得到滑枕铸件残余应力分布。

步骤1）中具体为清除滑枕铸件上的型芯和芯铁，切除浇口、冒口、拉筋和增肉，清除铸件粘砂和表面异物，铲磨割筋、披缝和毛刺等凸出物，以及打磨和精整铸件表面。

步骤2）中，滑枕铸件呈长方体多窗口箱式结构，实际生产中，类似滑枕铸件在未受外加载荷时发生变形或者开裂皆是在结构外表面，因此应力测试时只需测量外表面应力，滑枕外表面主要分为主轴箱安装面、前端面、导轨丝杆面和滑枕侧面，本发明目的需获得滑枕铸件残余应力及其分布，因此需对滑枕铸件所有外表面进行残余应力测试；各测试面上应力测点选择根据残余应力测试标准、滑枕结构理论分析和实际应力测试经验而定；将应力测试点分别放置在几何尺寸变化较大、加强筋交叉处、导轨表面及侧面、靠近主轴端部以及滑枕结构中心等可能出现应力集中、变形较大、工况条件较差的位置处。其余测点根据现场需求或需对已经测点数据进行验证等综合因素进行布置。