对工件进行振动时效及应变检测的方法技术

本发明专利技术公开了一种对工件进行振动时效及应变检测的方法，它有振动时效设备，被处理工件定位后，振动时效设备中的激振器及加速度传感器分别定位在被处理工件上，激振器及加速度传感器分别通过导线与振动时效设备的控制箱相连接，应变传感器定位在被处理工件上，并通过导线与振动时效设备的设置有应变检测及分析电路的控制箱相连接，控制箱通过应变传感器直接检测被处理工件的动应变幅值、相位、应变释放值及等效动应力值、残余应力释放值。它能够解决现有技术存在的，同一台振动时效设备无法直接检测到被处理工件的动应变幅值及相位、动应变释放值、等效动应力值、残余应力释放值及残余应力消除率的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对机械工件进行振动时效及应变检测

技术介绍
在机械加工行业，振动时效工艺是通过振动时效设备的控制系统控制与工件相联的激振器的转速使工件产生受迫振动，让工件受迫振动的动应力与残余内应力叠加超过某一极限，以期降低或均化工件内部的残余应力。根据振动时效机理及行业标准JB/T5926-91，影响振动时效工艺效果的关键参数之一就是动应力。常规振动时效设备由控制箱、激振器、加速度(振幅)传感器、卡具、橡胶垫、电缆等组成。常规振动时效设备为检测工件的振动响应采用的都是加速度(或振幅)传感器。设备一般都能根据加速度(或振幅)对转速(由电机测速装置反馈回控制箱)的变化通过找其峰值点来识别工件的共振频率。但其工作时，如果不借助其他仪器，而要达到一定动应力值，就只能根据经验或先前编制好的程序，将激振器控制在某个(或某些)转速处对工件振动一段时间，这期间可通过检测振动加速度(或振幅)对时间的变化来定性检测效果或通过比较振动前后工件系统共振频率的变化来定性判定效果。这种用加速度(或振幅)做传感器的振动时效设备具有如下缺点一、利用常规振动时效设备振动时效时，若必需选出某一动应力值对应的转速，就必须利用常规振动时效设备之外的其它专用设备来识别不同转速下对应的动应力，进而选出目标动应力值对应的转速。因为采用加速度(振幅)传感器，设备就只能识别工件上传感器放置点的加速度(或振幅)(或积分后得到的速度)及利用加速度对转速变化识别出工件系统的共振频率。熟悉振动力学理论的人都知道，在没考虑工件形状、尺寸、材质、支撑等条件时，无法仅凭工件某一点的加速度来建立起该点的动应力与加速度之间的一一对应关系以简单梁形工作为例，一阶振动时，中部加速度大、动应力也大，而端部加速度大，但动应力却很小；可见加速度与动应力之间没有一一对应关系。所以在工件已知条件不充分的前提下，理论上找不到动应力与加速度的定量的数理关系。所以用加速度做传感器的常规振动时效设备由于无法输入工件形状、尺寸、材质、支撑等前提条件，无法建立工件的振动力学模型，所以无法根据加速度(振幅)、转速等信号的反馈来定量识别其对应的动应力，也就无法直接找出可让工件某处达到某一动应力值所需的转速，也就无法满足JB/T5926-91中有关动应力选择的要求，也就不能保证振动时效降低或均化残余应力的效果。事实上，现场操作时大多是根据经验定性地选择加速度较大的转速去进行时效。二、采用加速度或振幅传感器的常规振动时效设备不能实时定量地反映残余应力在时效过程中的变化。因为用加速度计做传感器的常规振动时效设备只能识别加速度或振幅、转速、共振频率，通常将共振频率近似认为是工件的固有频率，目前理论上在没明确工件形状、尺寸、材质、支撑等条件时还无法建立固有频率与工件某点或局部的残余内应力或其他转换表达量的数理模型。事实上，固有频率是关于整个振动系统的标量，而残余应力是关于空间分布的张量，不同点残余应力可能远不相同，同一点残余应力各分量也不相同；公知，加速度与残余应力无关。所以，均不能建立起加速度或振幅、转速、共振频率与残余应力的定量关系。事实上，无论行业标准还是操作现场，大多是根据经验及加速度或振幅对转速曲线或加速度对时间曲线的一些变化特征，间接、定性地评判降低均化残余应力效果是否已达到。要想知道具体时效效果，就必须用其它专用设备在时效前后分别测量工件的残余应力来定量判断效果。三、因为常规振动时效设备采用加速度传感器，而加速度传感器只能检测一点的振动信号，不能反映工件该点的变形情况，如应变、应力信号。所以，常规振动时效设备自然不能在振动时效后通过在工件上钻孔而直接由振动时效设备本身读出由于钻孔引起小孔附近的应力释放导致的应变释放，进而计算出应力释放值即振动时效后剩余的残余应力，考虑到前面所述不能知道振动时效过程中的残余应力变化，自然就无法知振前残余应力值，无法算出应力消除率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，它能够解决现有技术存在的，同一台振动时效设备无法直接检测到被处理工件的动应变幅值及相位、动应变释放值、等效动应力值、残余应力释放值及残余应力消除率的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，它有振动时效设备，被处理工件定位后，振动时效设备中的激振器及加速度传感器分别定位在被处理工件上，激振器及加速度传感器分别通过导线与振动时效设备的控制箱相连接，应变传感器定位在被处理工件上，并通过导线与振动时效设备的设置有应变检测及分析电路的控制箱相连接，控制箱通过应变传感器直接检测被处理工件的动应变幅值、相位、应变释放值及等效动应力值、残余应力释放值。为进一步实现本专利技术的目的，还可通过以下技术方案来完成将应变传感器定位在被处理件上，利用同一振动时效设备既实现振动时效又实现动应变及应力检测及加速度(振幅)检测；利用振动时效设备本身既检测常规振动时效设备可检测的加速度(振幅)等数据，又直接检测工件目标点的动应变的幅值、相位并计算出等效动应力值，并利用振动时效设备本身，实时定量地检测时效过程中工件的应变释放值及其残余应力释放值。记录动应变幅值、等效动应力值、应变释放值、残余应力释放值对转速的变化，并通过调整转速定量地让工件被测部位达到满足工艺应达到的等效动应力值并进行时效。记录动应变幅值、等效动应力值、应变释放值、残余应力释放值对时间的变化，直观定量地判定振动时效效果、确定何时停机。在时效步骤结束后先将应变释放值存储后再调零，然后通过在贴在被处理工件上的应变片或应变花处打孔，利用振动时效设备本身直接测量出因打孔而导致的应变释放值，并以此计算出因打孔而释放的时效后仍余留在工件内部的残余应力值，将其与时效结束时的残余应力释放值叠加算出前的残余应力值，进而得出振动时效导致的残余应力消除率。所述的应变传感器分别为应变片、应变花。本专利技术能够产生的有益效果一、采用同一振动时效设备既能实现振动时效，又能检测应变及加速度等物理量。利用本专利技术制成的设备包括既可识别动应变信号同时又可驱动激振器的控制箱、激振器、应变片(应变花)等。当检测被振动时效的工件的动应变或动应力时，可避免在使用一台振动时效设备激振工件的同时又必须用另一台专用动应变或动应力设备检测动应变或动应力。二、选用应变传感器作振动时效设备的传感器。(控制箱内部硬件也要做相应改进，接入控制箱的通道数也要根据应变花的个数及补偿片相应增加)。因为①用应变片(花)做传感器，可将动应变信号送入改进的振动时效控制箱处理，所以可直接显示出工件的动应变及其相位，并通过应力应变关系计算显示出动应力来。②在激振器转速上升过程中设备可以通过记录不同转速下动应变(动应力)数值，做出动应变(动应力)对转速曲线，据此可找出某一动应力对应的转速。所以，针对工件具体情况，用应变片做传感器的振动时效设备可以通过调整转速使动应力定量地达到指定数值，直至满足标准要求，并直接进行时效，提高工艺效果。三、检测振动时效过程中内部的应变释放量，可通过一个交变运动周期内动应变的平均值来表达，也可通过动应变的波峰与波谷的平均值变化量来表达，并得出残余应力释放量。因为振动时效过程中残余应力若有变化，必将产生相应的应变，称其为内应变释放。如果这之前工件上已有应变片(花)并正在检测动应变，这个应变释放就会象应本文档来自技高网...

【技术保护点】
对工件进行振动时效及应变检测的方法，它有振动时效设备，被处理工件定位后，振动时效设备中的激振器及加速度传感器分别定位在被处理工件上，激振器及加速度传感器分别通过导线与振动时效设备的控制箱相连接，其特征在于：应变传感器定位在被处理工件上，并通过导线与振动时效设备的设置有应变检测及分析电路的控制箱相连接，控制箱通过应变传感器直接检测被处理工件的动应变幅值、相位、应变释放值及等效动应力值、残余应力释放值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久明，汤小牛，
申请(专利权)人：汤小牛，刘久明，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]