专利名称：薄板残余应力的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种应力测量方法，是一种测量薄板残余应力的方法。
随着科学技术的发展对某些薄板材料翘曲度的要求愈来愈高，特别是在电子工业中其自动化冲压生产线对薄板翘曲度的要求更高，因而薄板带材的用户往往向生产厂家提出对交货薄板带材的残余应力进行测量的要求，以便控制板材的翘曲度。如用于集成电路框架的薄板带要求在一米长内不得有大于一毫米的翘曲度，这就要求板带在冲压前不能存在不均匀的应力分布。目前，测量板材残余应力的方法有多种，如X射线衍射法、云纹法、应变片法、脆性涂层法和剖条观测法等。对于薄板残余应力的测量现场较为普遍采用的是剖条观测法。但此方法不能测出板面各方向应力的具体数值，测量精度也不高，而且剖条工艺要求严格，在剖条中不能给试样增加附加的应力。应变片法可用于测量薄板的平面残余应力，它是将应变片贴在板材表面一个预钻孔的周围，用应变片测出钻孔后的应变，再根据弹性力学公式计算出应力值。但用这种方法时每次测量都需要进行贴应变片的操作，而贴片标定及计算又太繁琐，测量周期长达2～3天，并且成本较高，难于满足现场的实际需要，因此，这种方法目前在生产实际中并未获得广泛的应用。
本发明的目的是提供一种快速、准确、且较经济的测量薄板残余应力的方法。
本发明人经大量试验发现当薄板上的应力分布不均匀时，在薄板上开孔，使应力释放，则该孔的形状将发生变化，这种变化与薄板的应力分布相关。经进一步研究得出如果采用快速精密冲孔的方式在薄板上冲圆孔，则该孔各方向的直径变化与该处的应力分布有着一一对应的关系，其直径的变化甚至可达0.050mm，完全可用目前的测径仪测出。因此可以利用这一原理来测量薄板的残余应力。
本发明所提供的薄板残余应力的测量方法是(1)采用快速精密冲孔的方式在被测板上冲圆孔，(2)测出上述所冲圆孔的不同方向上的孔径Dn，(3)计算出所冲圆孔在不同方向上的孔径变化率λ，λ =Dn- DODO· 100%]]>式中Do-冲头直径，Dn-冲孔某一方向上的直径，(4)根据用现有的物理测量方法测出的应力值与测出的冲孔直径变化率所标定出的对应的回归关系即可得出被测板材冲孔处各方向的残余应力。
上面说的在标定中所采用的现有的物理测量方法可以是X射线衍射分析法、云纹法或应变片法等各种方法，但因在标定中还要进行冲孔来测量孔径的变化率，所以以采用应变片法进行标定较为省事。
上面所说的在被测板材所冲圆孔的直径通常为板材宽度的1/10～1/3，若冲孔直径过�。虿饬烤冉系�;冲孔直径过大，则将发生不应有的变形。
下面结合具体的实例对本发明的内容予以说明。
图1是标定实验的示意图。
图2是本实例中在薄板材上所冲圆孔处的应力分布图。
本实例所用的被测板材为铁青铜薄板带，按其厚度和宽度分为五种规格。
1、标定实验取被测板带一组，测量每一个板带的厚度H和宽度B，然后在其板面中点处轻轻地画出一个圆，其直径与冲头直径相同。将此圆的外围部分分成八等份，选阻值相同的应变片，在相应的位置上贴上八个应变片1～8，如图1所示。然后经烘干、焊接线基等工序后即可接通应变仪。接着用快速冲床在所画圆内冲圆孔，使应力释放。用应变仪测量各应变片的应变值，将每个应变片的应变值与其垂直方向上的应变片的应变值作为一组，代入平面应力条件下的虎克定律，求出该方向的应力值σn。再用高精度读数显微镜测量出所冲圆孔各方向上的直径Dn，并以冲头直径Do为基准计算出冲孔各个方向上的直径变化率λn=Dn·DODO·100%=ΔDnDO·100%]]>测量结果如下表所示
按上述方法作多组测试，根据实测结果用统计学的方法可建立方程式σn＝f(△Dn/Do，H，B)根据此方程式，只要测出冲孔的直径变化率△Dn/Do、板材宽度B和厚度H，即可求出冲孔处的残余应力。
对于本实例的铁青铜薄板而言，上式的具体形式是σn＝2.6543+6189.5△Dn/Do+64.364H-0.29977B此式的相关系数R＝0.866，剩余标准差σ＝2.8MPa，F检验值为18.34，可见该方程是可靠的。
2、测试结果分析将上述1号试样各方向的孔径变化与应力值绘制成图2所示的折线图，图中点画线为所冲圆孔各方向的直径变化情况;实线为各点的应力分布情况;虚线为各方向应力平均值的分布情况。从图中可以看出所冲圆孔在各方向上的直径变化与同一方向上应力的平均值是十分吻合的。当孔径变化与应力分布折线图都呈正八边形时，则试样各方向的应力分布均匀，即残余应力最小。反之，则应力分布不均匀，残余应力大。
在本实例中将标定实验所建立的上述数学关系式输入计算机，然后对被测板材按本方法进行应力测量，测量一次的时间不超过20分钟。
从上可知，本发明所提供的残余应力测量方法简便、经济，测量、时间短，并能对板面的全方位进行残余应力测量，从而大大提高了测量的工作效率。正因为如此，本测量方法可用于供货现场的实际检测。
权利要求
1.一种薄板残余应力的测量方法，其特征是(1)采用快速精密冲孔的方式在被测板上冲圆孔，(2)测出上述所冲圆孔的不同方向上的孔径Dn，(3)计算出所冲圆孔在不同方向上的孔径变化率λ，λ =Dn- DODO· 100%]]>式中Do-冲头直径，Dn-冲孔某一方向上的直径，(4)根据用现有的物理测量方法测出的应力值与测出的冲孔直径变化率所标定出的对应的回归关系即可得出被测板材冲孔处各方向的残余应力。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征是在被测板材所冲圆孔的直径为被测板材宽度的1/10～1/3。
全文摘要
本发明涉及一种薄板材残余应力的测量方法。该方法是在被测板材上快速冲出一圆孔，然后测出该圆孔各方向直径相对冲头直径的变化率。由于冲孔直径的变化率与此处的应力分布有着一一对应的关系，所以根据标定实验所建立起来的数学模型，即可由所冲圆孔各方向直径的变化率而得出被测板材冲孔的残余应力。本测量方法快速、简便，可用于供货现场的实际检测。
文档编号G01L1/00GK1082192SQ93105309
公开日1994年2月16日 申请日期1993年5月4日 优先权日1993年5月4日
发明者钟春生, 任明孝, 黄毅 申请人:西安冶金建筑学院
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