專利名稱：薄板殘余應(yīng)力的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)力測(cè)量方法，是一種測(cè)量薄板殘余應(yīng)力的方法。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)某些薄板材料翹曲度的要求愈來愈高，特別是在電子工業(yè)中其自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線對(duì)薄板翹曲度的要求更高，因而薄板帶材的用戶往往向生產(chǎn)廠家提出對(duì)交貨薄板帶材的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量的要求，以便控制板材的翹曲度。如用于集成電路框架的薄板帶要求在一米長(zhǎng)內(nèi)不得有大于一毫米的翹曲度，這就要求板帶在沖壓前不能存在不均勻的應(yīng)力分布。目前，測(cè)量板材殘余應(yīng)力的方法有多種，如X射線衍射法、云紋法、應(yīng)變片法、脆性涂層法和剖條觀測(cè)法等。對(duì)于薄板殘余應(yīng)力的測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)較為普遍采用的是剖條觀測(cè)法。但此方法不能測(cè)出板面各方向應(yīng)力的具體數(shù)值，測(cè)量精度也不高，而且剖條工藝要求嚴(yán)格，在剖條中不能給試樣增加附加的應(yīng)力。應(yīng)變片法可用于測(cè)量薄板的平面殘余應(yīng)力，它是將應(yīng)變片貼在板材表面一個(gè)預(yù)鉆孔的周圍，用應(yīng)變片測(cè)出鉆孔后的應(yīng)變，再根據(jù)彈性力學(xué)公式計(jì)算出應(yīng)力值。但用這種方法時(shí)每次測(cè)量都需要進(jìn)行貼應(yīng)變片的操作，而貼片標(biāo)定及計(jì)算又太繁瑣，測(cè)量周期長(zhǎng)達(dá)2～3天，并且成本較高，難于滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，因此，這種方法目前在生產(chǎn)實(shí)際中并未獲得廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種快速、準(zhǔn)確、且較經(jīng)濟(jì)的測(cè)量薄板殘余應(yīng)力的方法。
本發(fā)明人經(jīng)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄板上的應(yīng)力分布不均勻時(shí)，在薄板上開孔，使應(yīng)力釋放，則該孔的形狀將發(fā)生變化，這種變化與薄板的應(yīng)力分布相關(guān)。經(jīng)進(jìn)一步研究得出如果采用快速精密沖孔的方式在薄板上沖圓孔，則該孔各方向的直徑變化與該處的應(yīng)力分布有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其直徑的變化甚至可達(dá)0.050mm，完全可用目前的測(cè)徑儀測(cè)出。因此可以利用這一原理來測(cè)量薄板的殘余應(yīng)力。
本發(fā)明所提供的薄板殘余應(yīng)力的測(cè)量方法是(1)采用快速精密沖孔的方式在被測(cè)板上沖圓孔，(2)測(cè)出上述所沖圓孔的不同方向上的孔徑Dn，(3)計(jì)算出所沖圓孔在不同方向上的孔徑變化率λ，λ =Dn- DODO· 100%]]>式中Do-沖頭直徑，Dn-沖孔某一方向上的直徑，(4)根據(jù)用現(xiàn)有的物理測(cè)量方法測(cè)出的應(yīng)力值與測(cè)出的沖孔直徑變化率所標(biāo)定出的對(duì)應(yīng)的回歸關(guān)系即可得出被測(cè)板材沖孔處各方向的殘余應(yīng)力。
上面說的在標(biāo)定中所采用的現(xiàn)有的物理測(cè)量方法可以是X射線衍射分析法、云紋法或應(yīng)變片法等各種方法，但因在標(biāo)定中還要進(jìn)行沖孔來測(cè)量孔徑的變化率，所以以采用應(yīng)變片法進(jìn)行標(biāo)定較為省事。
上面所說的在被測(cè)板材所沖圓孔的直徑通常為板材寬度的1/10～1/3，若沖孔直徑過小，則測(cè)量精度較低;沖孔直徑過大，則將發(fā)生不應(yīng)有的變形。
下面結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容予以說明。


圖1是標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的示意圖。
圖2是本實(shí)例中在薄板材上所沖圓孔處的應(yīng)力分布圖。
本實(shí)例所用的被測(cè)板材為鐵青銅薄板帶，按其厚度和寬度分為五種規(guī)格。
1、標(biāo)定實(shí)驗(yàn)取被測(cè)板帶一組，測(cè)量每一個(gè)板帶的厚度H和寬度B，然后在其板面中點(diǎn)處輕輕地畫出一個(gè)圓，其直徑與沖頭直徑相同。將此圓的外圍部分分成八等份，選阻值相同的應(yīng)變片，在相應(yīng)的位置上貼上八個(gè)應(yīng)變片1～8，如圖1所示。然后經(jīng)烘干、焊接線基等工序后即可接通應(yīng)變儀。接著用快速?zèng)_床在所畫圓內(nèi)沖圓孔，使應(yīng)力釋放。用應(yīng)變儀測(cè)量各應(yīng)變片的應(yīng)變值，將每個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值與其垂直方向上的應(yīng)變片的應(yīng)變值作為一組，代入平面應(yīng)力條件下的虎克定律，求出該方向的應(yīng)力值σn。再用高精度讀數(shù)顯微鏡測(cè)量出所沖圓孔各方向上的直徑Dn，并以沖頭直徑Do為基準(zhǔn)計(jì)算出沖孔各個(gè)方向上的直徑變化率λn=Dn·DODO·100%=ΔDnDO·100%]]>測(cè)量結(jié)果如下表所示
按上述方法作多組測(cè)試，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法可建立方程式σn＝f(△Dn/Do，H，B)根據(jù)此方程式，只要測(cè)出沖孔的直徑變化率△Dn/Do、板材寬度B和厚度H，即可求出沖孔處的殘余應(yīng)力。
對(duì)于本實(shí)例的鐵青銅薄板而言，上式的具體形式是σn＝2.6543+6189.5△Dn/Do+64.364H-0.29977B此式的相關(guān)系數(shù)R＝0.866，剩余標(biāo)準(zhǔn)差σ＝2.8MPa，F(xiàn)檢驗(yàn)值為18.34，可見該方程是可靠的。
2、測(cè)試結(jié)果分析將上述1號(hào)試樣各方向的孔徑變化與應(yīng)力值繪制成圖2所示的折線圖，圖中點(diǎn)畫線為所沖圓孔各方向的直徑變化情況;實(shí)線為各點(diǎn)的應(yīng)力分布情況;虛線為各方向應(yīng)力平均值的分布情況。從圖中可以看出所沖圓孔在各方向上的直徑變化與同一方向上應(yīng)力的平均值是十分吻合的。當(dāng)孔徑變化與應(yīng)力分布折線圖都呈正八邊形時(shí)，則試樣各方向的應(yīng)力分布均勻，即殘余應(yīng)力最小。反之，則應(yīng)力分布不均勻，殘余應(yīng)力大。
在本實(shí)例中將標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所建立的上述數(shù)學(xué)關(guān)系式輸入計(jì)算機(jī)，然后對(duì)被測(cè)板材按本方法進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量，測(cè)量一次的時(shí)間不超過20分鐘。
從上可知，本發(fā)明所提供的殘余應(yīng)力測(cè)量方法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，測(cè)量、時(shí)間短，并能對(duì)板面的全方位進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，從而大大提高了測(cè)量的工作效率。正因?yàn)槿绱?，本測(cè)量方法可用于供貨現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種薄板殘余應(yīng)力的測(cè)量方法，其特征是(1)采用快速精密沖孔的方式在被測(cè)板上沖圓孔，(2)測(cè)出上述所沖圓孔的不同方向上的孔徑Dn，(3)計(jì)算出所沖圓孔在不同方向上的孔徑變化率λ，λ =Dn- DODO· 100%]]>式中Do-沖頭直徑，Dn-沖孔某一方向上的直徑，(4)根據(jù)用現(xiàn)有的物理測(cè)量方法測(cè)出的應(yīng)力值與測(cè)出的沖孔直徑變化率所標(biāo)定出的對(duì)應(yīng)的回歸關(guān)系即可得出被測(cè)板材沖孔處各方向的殘余應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征是在被測(cè)板材所沖圓孔的直徑為被測(cè)板材寬度的1/10～1/3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄板材殘余應(yīng)力的測(cè)量方法。該方法是在被測(cè)板材上快速?zèng)_出一圓孔，然后測(cè)出該圓孔各方向直徑相對(duì)沖頭直徑的變化率。由于沖孔直徑的變化率與此處的應(yīng)力分布有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所建立起來的數(shù)學(xué)模型，即可由所沖圓孔各方向直徑的變化率而得出被測(cè)板材沖孔的殘余應(yīng)力。本測(cè)量方法快速、簡(jiǎn)便，可用于供貨現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01L1/00GK1082192SQ93105309
公開日1994年2月16日 申請(qǐng)日期1993年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月4日
發(fā)明者鐘春生, 任明孝, 黃毅 申請(qǐng)人:西安冶金建筑學(xué)院