一种基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法，属于残余应力测试技术领域。解决了现有技术中，以钻孔法制备盲孔，引起孔边塑性变形，导致降低测试精度、测试结果不准确，且不能动态监测应力释放过程等问题。本发明专利技术的测试装置，包括控制系统、电阻应变片、试件夹具、电解液、水泵、系统容器、阴极工具、直流电源、丝杠螺母传动副和步进电机；其中，控制系统包括计算机、USB多功能采集卡、电阻全桥组、水泵控制继电器、电源控制继电器和驱动器。该测试装置在电解制孔过程中无切削力和切削热作用，不产生由此引起的残余应力；且电解制孔表面质量好、加工精度高；并能够在电解制孔过程中实时测试残余应力释放情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法
本专利技术属于残余应力测试
，具体涉及一种基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法。
技术介绍
机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。在零件使用过程中，残余应力影响构件承受动载能力、造成结构脆性断裂、应力区易产生应力腐蚀和开裂，以及影响结构的刚度和稳定性等。因此需要掌握残余应力分布情况，避免或减少残余应力的产生。现有技术中，残余应力测试方法主要包括物理测试法和机械释放测试法。物理测试法主要包括X射线法、超声法和磁性法等；机械释放测试法主要包括截条法、逐层剥层法、切铣环槽法和盲孔法等。其中，盲孔法由于理论体系完备、测试结果相对准确，是工程上最常用残余应力测试方法。但是，现有技术中，盲孔法所采用的盲孔的制备方法均采用钻孔法，而钻孔过程中由于外加作用力引起孔边塑性变形，从而使结果不准确、降低测试精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为解决现有技术中，采用盲孔法测试残余应力时，以钻孔法制备盲孔，引起孔边塑性变形，导致结果不准确、降低测试精度、不能动态监测应力释放过程等技术问题，提供一种基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法。本专利技术解决上述技术问题采取的技术方案如下。本专利技术提供一种基于电解制孔的残余应力测试装置，包括：控制系统、电阻应变片、试件夹具、电解液、水泵、系统容器、阴极工具、直流电源、丝杠螺母传动副和步进电机；所述电阻应变片为N个，且N≥3，N个电阻应变片固定在被测试件的上表面上；所述试件夹具用于固定被测试件，被测试件的应力释放点与阴极工具同轴；所述电解液承装在系统容器内；所述阴极工具为棒状，外轮廓与待制孔的形状尺寸相同，阴极工具的内部设有输液孔，输液孔的出液端设置在阴极工具的底端，输液孔的进液端设置在阴极工具的侧壁，电解液经输液孔的进液端流入，经输液孔的出液端流出；所述水泵一端与电解液连通，另一端与输液孔的进液端连通，水泵将电解液输送至输液孔的进液端；所述丝杠螺母传动副的顶端与步进电机的底端固定连接，丝杠螺母传动副的底端与阴极工具的顶端固定连接，步进电机驱动丝杠螺母传动副带动阴极工具沿阴极工具的轴向运动；所述直流电源的正极与被测试件连接，负极与阴极夹具连接；所述控制系统包括计算机、USB多功能采集卡、电阻全桥组、水泵控制继电器、电源控制继电器和驱动器；计算机通过USB多功能采集卡控制电阻全桥组、水泵控制继电器、电源控制继电器和驱动器工作；电阻全桥组采集电阻应变片的信号，并将采集的信号通过USB多功能采集卡传输至计算机；水泵控制继电器控制水泵的启停；电源控制继电器控制直流电源的开关；驱动器控制步进电机运动。进一步的，相邻的两个电阻应变片所成的角度为120度、90度、60度或45度。进一步的，所述N为3、4、6或8。进一步的，所述试件夹具和水泵均固定在系统容器内；试件夹具、阴极工具、系统容器、丝杠螺母传动副和步进电机同轴。进一步的，所述阴极工具为圆棒，材料为铜或石墨；所述电解液为饱和NaCl溶液、硝酸钠氟化钠混合溶液、硝氯混合液或氯酸钠溶液。进一步的，所述输液孔为倒L型，长孔沿阴极工具轴向设置，短孔沿阴极工具径向设置，长孔的端部为出液端，短孔的端部为进液端。进一步的，所述电阻全桥组将采集的信号通过USB多功能采集卡传输至计算机，并在计算机上实时显示。进一步的，所述试件夹具包括四根支杆和固定在四个支杆顶端的平台，平台上设有用于固定被测试件的螺栓孔。本专利技术还提供上述基于电解制孔的残余应力测试装置测试残余应力的方法，步骤如下：步骤一、将N个电阻应变片固定在被测试件的上表面上；步骤二、将固定有电阻应变片的被测试件固定在试件夹具上，且被测试件的应力释放点与阴极工具同轴；步骤三、启动步进电机，丝杠螺母传动副驱动阴极工具沿阴极工具的轴向运动，至阴极工具的底端到被测试件的应力释放点的距离为2-5mm；步骤四、启动水泵，电解液通过阴极工具的输液孔注入到被测试件的应力释放点处；步骤五、将阴极工具与被测试件分别接入直流电源的负极和正极，并接通电源；步骤六、步进电机通过丝杠螺母传动副驱动阴极工具进给，开始进行电解制孔；电阻全桥组采集电阻应变片的信号并传输至计算机。进一步的，所述进给速度为0.5-0.1mm/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法，在电解制孔过程中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的残余应力，消除了其它制孔方法所产生的附加应力影响。本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法，在电解制孔过程中同时采集应力释放数据，实现应力释放过程的动态监测，掌握应力释放动态性质。本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置及测试方法，电解制孔的表面质量好、加工精度高、制孔速度可精确控制，可以设计不同形状的孔，拓展对残余应力的研究范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的结构示意图；图2为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的电阻应变片的布置结构示意图(3片电阻应变片，相邻两个呈45度布置图)；图3为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的电阻应变片的布置结构示意图(3片电阻应变片，相邻两个呈120度布置图)；图4为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的电阻应变片的布置结构示意图(4片电阻应变片，相邻两个呈90度布置图)；图5为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的电阻应变片的布置结构示意图(6片电阻应变片，相邻两个呈60度布置图)；图6为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的电阻应变片的布置结构示意图(8片电阻应变片，相邻两个呈45度布置图)；图7为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的试件夹具的结构示意图；图8为本专利技术的基于电解制孔的残余应力测试装置的控制系统的结构示意图；图中，1、控制系统，1-1、计算机，1-2、USB多功能采集卡，1-3、电阻全桥组，1-4、水泵控制继电器，1-5、电源控制继电器，1-6、驱动器，2、电阻应变片，3、被测试件，4、试件夹具，4-1、支杆，4-2、平台，4-3、螺栓孔，5、电解液，6、水泵，7、系统容器，8、阴极工具，8-1、输液孔，9、直流电源，10、丝杠螺母传动副，11、步进电机。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合具体实施方式对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电解制孔的残余应力测试装置，其特征在于，包括：控制系统(1)、电阻应变片(2)、试件夹具(4)、电解液(5)、水泵(6)、系统容器(7)、阴极工具(8)、直流电源(9)、丝杠螺母传动副(10)和步进电机(11)；/n所述电阻应变片(2)为N个，且N≥3，N个电阻应变片(2)均固定在被测试件(3)的上表面上；/n所述试件夹具(4)用于固定被测试件(3)，被测试件(3)的应力释放点与阴极工具(8)同轴；/n所述电解液(5)承装在系统容器(7)内；/n所述阴极工具(8)为棒状，外轮廓与待制孔的形状尺寸相同，阴极工具(8)的内部设有输液孔(8-1)，输液孔(8-1)的出液端设置在阴极工具(8)的底端，输液孔(8-1)的进液端设置在阴极工具(8)的侧壁，电解液(5)经输液孔(8-1)的进液端流入，经输液孔(8-1)的出液端流出；/n所述水泵(6)一端与电解液(5)连通，另一端与输液孔(8-1)的进液端连通，水泵(6)将电解液(5)输送至输液孔(8-1)的进液端；/n所述丝杠螺母传动副(10)的顶端与步进电机(11)的底端固定连接，丝杠螺母传动副(10)的底端与阴极工具(8)的顶端固定连接，步进电机(11)驱动丝杠螺母传动副(10)带动阴极工具(8)沿阴极工具(8)的轴向运动；/n所述直流电源(9)的正极与被测试件(3)连接，负极与阴极夹具(8)连接；/n所述控制系统(1)包括计算机(1-1)、USB多功能采集卡(1-2)、电阻全桥组(1-3)、水泵控制继电器(1-4)、电源控制继电器(1-5)和驱动器(1-6)；计算机(1-1)通过USB多功能采集卡(1-2)控制电阻全桥组(1-3)、水泵控制继电器(1-4)、电源控制继电器(1-5)和驱动器(1-6)工作；电阻全桥组(1-3)采集电阻应变片(2)的信号，并将采集的信号通过USB多功能采集卡(1-2)传输至计算机(1-1)；水泵控制继电器(1-4)控制水泵(6)的启停；电源控制继电器(1-5)控制直流电源(9)的开关；驱动器(1-6)控制步进电机(11)运动。/n...

【技术特征摘要】
1.基于电解制孔的残余应力测试装置，其特征在于，包括：控制系统(1)、电阻应变片(2)、试件夹具(4)、电解液(5)、水泵(6)、系统容器(7)、阴极工具(8)、直流电源(9)、丝杠螺母传动副(10)和步进电机(11)；
所述电阻应变片(2)为N个，且N≥3，N个电阻应变片(2)均固定在被测试件(3)的上表面上；
所述试件夹具(4)用于固定被测试件(3)，被测试件(3)的应力释放点与阴极工具(8)同轴；
所述电解液(5)承装在系统容器(7)内；
所述阴极工具(8)为棒状，外轮廓与待制孔的形状尺寸相同，阴极工具(8)的内部设有输液孔(8-1)，输液孔(8-1)的出液端设置在阴极工具(8)的底端，输液孔(8-1)的进液端设置在阴极工具(8)的侧壁，电解液(5)经输液孔(8-1)的进液端流入，经输液孔(8-1)的出液端流出；
所述水泵(6)一端与电解液(5)连通，另一端与输液孔(8-1)的进液端连通，水泵(6)将电解液(5)输送至输液孔(8-1)的进液端；
所述丝杠螺母传动副(10)的顶端与步进电机(11)的底端固定连接，丝杠螺母传动副(10)的底端与阴极工具(8)的顶端固定连接，步进电机(11)驱动丝杠螺母传动副(10)带动阴极工具(8)沿阴极工具(8)的轴向运动；
所述直流电源(9)的正极与被测试件(3)连接，负极与阴极夹具(8)连接；
所述控制系统(1)包括计算机(1-1)、USB多功能采集卡(1-2)、电阻全桥组(1-3)、水泵控制继电器(1-4)、电源控制继电器(1-5)和驱动器(1-6)；计算机(1-1)通过USB多功能采集卡(1-2)控制电阻全桥组(1-3)、水泵控制继电器(1-4)、电源控制继电器(1-5)和驱动器(1-6)工作；电阻全桥组(1-3)采集电阻应变片(2)的信号，并将采集的信号通过USB多功能采集卡(1-2)传输至计算机(1-1)；水泵控制继电器(1-4)控制水泵(6)的启停；电源控制继电器(1-5)控制直流电源(9)的开关；驱动器(1-6)控制步进电机(11)运动。


2.根据权利要求1所述的基于电解制孔的残余应力测试装置，其特征在于，相邻的两个电阻应变片(2)所成的角度为120度、90度、60度或45度。


3.根据权利要求1所述的基于电解制孔的残余应力测试装置，其特征在于，所述N为3、4、6或8。


4.根据权利要求1所述的基于电解制孔的残余...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚晓峰，董嘉智，尚进，张鹏，刘大力，
申请(专利权)人：吉林中科博能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22