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专利名称：一种三维残余应力测定钻孔仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测定残余应力的仪器，具体地说，涉及一种三维残余应力测定钻孔仪。
背景技术：
残余应力的测定方法种类很多，目前理论成熟、应用 广泛的应力测定方法有盲孔法和X射线衍射法。盲孔法属于机械方法，X射线衍射法属于无损法。应用盲孔法测定残余应力的设备成本较低，且操作简便，得到的测试结果也很理想，已被广泛应用于科学研究和工程技术领域。已有的济南西格玛公司的RSDl型测残余应力打孔仪是基于盲孔法原理。该设备可用来测试试件在给定深度下的应力值。通过使用塞尺或者给定厚度的金属片实现钻削深度控制，对进给深度范围的控制有一定局限性。同时，如此操作控制进给量会在实验过程中引入人为操作误差。在这套设备中，配合进给控制的卡环直接卡在钻杆上。钻削时，卡环随着钻杆一起旋转，运动至止动面(轴套上端面)会和止动面有摩擦，减少了设备的使用年限，并会导致钻杆轴心晃动，引入试验误差，影响测量应变值的精度，最终造成所计算的残余应力值的失真。

实用新型内容为了避免现有技术存在的不足，克服其设备在进给控制上的局限性和由于卡环和钻杆一起旋转而与止动面发生摩擦的问题，本实用新型提出一种三维残余应力测定钻孔仪，其目的在于提高进给精度，实现连续进给，并且能满足残余应力延深度分布的测定；提高其测量结果的精确度，减少了在实验中的操作误差。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是包括钻杆外套、卡环、定位板、导套、调位锁紧螺栓、底座、钻杆、导杆、刻度杆、锁紧螺钉、压环、导杆锁紧螺母、支撑调位装置，所述底座为正六边形，各端角部位设置有锥形孔，底座上部三个锥形孔处安装有两根导杆和一根刻度杆，通过导杆锁紧螺母固定在底座上，呈等边三角形分布；三个支撑调位装置固定安装在底座下部调控底座平行度，支撑调位装置亦呈等边三角形分布，且与底座上部安装的两根导杆和刻度杆错位分布；底座中心有圆柱状凸台，凸台内有阶梯孔，阶梯孔的上部设有螺纹与压环连接；凸台周向均布设置四个相同的螺孔与调位锁紧螺栓配合；导套固定在底座凸台阶梯孔内，导套轴肩卡在阶梯面上；底座锥形孔能够控制导杆相对于底座平面的垂直度。定位板相对于导杆上下滑动，由锁紧螺钉锁紧定位板。所述定位板作为止动面板，呈等边三角形状，定位板中心有通孔，两个端角设有凸台孔，凸台孔侧壁开有螺孔；另一端角设置有与凸台孔相同内径的半圆弧套筒；两根相同的导杆穿过定位板凸台孔，通过锁紧螺钉与凸台孔侧壁螺孔配合对定位板锁紧；另一根杆面标有刻度的刻度杆穿过定位板另一端角的半圆弧套筒，且与设定的定位板上半圆弧套筒构成进给控制机构；两根导杆与定位板凸台孔内壁为间隙配合，通过控制定位板与刻度杆的位置，实现精确进给；所述卡环为弹性开口钢环，卡环内衬树脂材料层，卡环开口外延耳上设有通孔并通过螺栓锁紧；可避免因卡环锁紧效果不好而造成的钻杆轴心晃动。卡环通过锁紧卡在钻杆外套上，卡环下端面与定位板中心孔上表面配合进行限位；在钻削过程中，卡环通过锁紧卡在钻杆外套上，卡环下端面与定位板中心孔上表面配合进行限位。所述钻杆与钻杆外套配合，钻杆一端连接联轴节，联轴节连接电钻；另一端连接钻头夹具。钻杆与钻杆外套通过圆锥滚子轴承配合。钻杆外套外壁与导套内壁钻杆外套靠近下端外壁沿轴向加工有凸条，导套内壁沿轴向开有条形凹槽，两者相互配合，阻止钻杆外套相对于钻杆的旋转。所述支撑调位装置为三个，调节其上、下端螺母控制底座平行度。有益效果 本实用新型三维残余应力测定钻孔仪，其目的在于提高进给精度，实现连续进给，并且能满足残余应力延深度分布的测定；提高其测量的精确度，减少实验中的操作误差。避免在进给控制上的局限性，并且可实现连续进给，满足残余应力延深度分布的测定；避免卡环运动至止动面时产生的摩擦。本实用新型适用于采用盲孔法测定残余应力，尤其适用于采用逐层钻孔法测定喷丸强化后残余压应力延深度的分布。
以下结合附图和实施方式对本实用新型一种三维残余应力测定钻孔仪作进一步详细描述。图I为本实用新型三维残余应力测定钻孔仪结构示意图。图2为本实用新型的结构俯视图。图3为本实用新型的定位板与导杆配合示意图。图4为本实用新型的钻杆外套与导套配合示意图。图5为本实用新型的钻杆外套与导套配合A部位放大视图。图6为本实用新型的导套的示意图。图7为导套的B-B剖视图。图8为底座的轴测图。图9为底座的俯视图。

图10为底座的C-C剖视图。图中I.钻杆外套2.卡环3.定位板4.导套5.调位锁紧螺栓6.底座7.钻杆8.刻度杆9.导杆10.锁紧螺钉11.压环12.导杆锁紧螺母13.支撑调位装置
具体实施方式
本实施例是一种三维残余应力测定钻孔仪。包括钻杆外套I、卡环2、定位板3、导套4、调位锁紧螺栓5、底座6、钻杆7、刻度杆8、导杆9、锁紧螺钉10、压环U、导杆锁紧螺母12、支撑调位装置13组成；其中，调位锁紧螺栓为四个，支撑调位装置为三个，锁紧螺钉为二个。[0026]参阅图I-图10，三个支撑调位装置13固定安装在正六边形底座6下面，调节支撑调位装置13的上端螺母和下端螺母控制其底座6平行度。底座6下面固定安装的支撑调位装置呈等边三角形分布；底座6上部三个锥形孔处安装有两根导杆9和一根刻度杆8，通过导杆锁紧螺母12固定在底座6上，亦呈等边三角形分布；底座6锥形孔能够控制导杆9相对于底座6平面的垂直度；底座6上部安装的两根导杆和刻度杆与底座6下面固定的支撑调位装置13错位分布；底座中心有圆柱状凸台，凸台内有阶梯孔，阶梯孔的上部设置有螺纹与压环11连接；凸台周向均布设置有四个相同的螺孔与调位锁紧螺栓5配合；导套4固定在底座6凸台阶梯孔内，导套4轴肩卡在中心阶梯面上，导套4轴肩距离底座6凸台中心阶梯孔内壁1_。四个调位锁紧螺栓5与底座6阶梯孔侧壁的螺纹孔配合，调位锁紧螺栓5轴线在导套轴肩范围内，通过调节四个调位锁紧螺栓5，对导套4轴线的空间位置进行控制。压环11外螺纹与底座6中心阶梯孔内螺纹配合，压紧、固定导套4。定位板3作为止动面板，中心有通孔，两个端角设有凸台孔，凸台孔侧壁开有螺孔；另一端角处设置有与凸台孔相同内径的半圆弧套筒；两根相同尺寸的导杆穿过定位板凸台孔，通过锁紧螺钉10与凸台孔侧壁螺孔配合对定位板3锁紧；刻度杆8穿过定位板3另一端角的半圆弧套筒，且与设定的定位板3上半圆弧套筒构成进给控制机构；两根导杆 与定位板3凸台孔内壁为间隙配合，公差带选为H8/h7，配合面的粗糙度Ra为3. 2 Pm。刻度杆与定位板3间隙配合，公差带代号选为H6/h5，配合面的粗糙度Ra为0. 05 y m。刻度杆和定位板3轴线的直线度控制在0. Olmm,通过控制定位板3与刻度杆8的位置,实现精确进给。钻杆7 —端连接联轴节，联轴节连接电钻；另一端连接钻头夹具。钻杆7与钻杆外套I通过圆锥滚子轴承配合。卡环2为弹性开口钢环，卡环2内衬有一层树脂材料，卡环开口外延耳上设有通孔并通过螺栓锁紧，卡环2通过锁紧卡在钻杆外套I上，卡环2下端面与定位板中心孔上表面配合进行限位。在钻杆7外围嵌套钻杆外套I。钻杆外套I与定位板3中心孔配合，钻杆外套I外壁与导套4内壁下端沿轴向设有条形凸台，导套4内壁沿轴向开有条形凹槽，两者相互配合，阻止钻杆外套I相对于钻杆7的旋转。卡环2卡在钻杆外套I上，与定位板3中心孔上表面配合进行限位。在钻削过程中，卡环2随钻杆7 —起向下移动，而不会随之转动，避免了卡环2与定位板3中心孔上表面的摩擦。钻削实验前设备准备对于较小试验件，使用夹具将试验件连同一块平整钢板一起固定在桌面或其它固定部位，调整三个支撑调位装置13，对底座6进行调平，调平时使用底座6上安装的水平调位仪，底座6调平后中心轴线与试件钻削点的位置重合，将支撑调位装置13下端的磁性吸盘吸附在钢板上；当试验件较大时，则将磁性吸盘直接吸附或者粘贴在试验件上。将四个调位锁紧螺栓5拧松，把导套4准确放置在底座6上。导杆9下端穿过底座端角部位设置的锥形孔，并利用导杆锁紧螺母12锁紧导杆9。定位板3两个凸台孔与两个导杆配合，并将这时定位板的位置作为初始位置，锁紧螺钉10将定位板3锁紧在导杆9上。将光学对中设备穿过定位板3的中心孔、导套4，为了保证光学设备轴线与导套4轴线重合，光学对中设备套筒外壁和导套4内壁间隙配合，公差带为H8/h7。调整物镜至目镜中呈现钻削点清晰图像。然后调节四个调位锁紧螺栓5，控制导套4的轴线位置至轴线与钻削点共线。拧紧处于松弛状态的调位锁紧螺栓5，并取出光学对中设备。钻杆7通过圆锥滚子轴承与钻杆外套I配合，钻杆外套I通过外表面上的凸条与导套4上对应凹槽配合。钻杆7 —端通过连轴节连接在电钻上，另一端连接的夹具夹持钻头。钻杆7连接钻头的一端通过定位板3中心孔、导套4，钻头顶触在试验件钻削点上，为保证钻杆外套I与导套4轴线重合，两者的配合为间隙配合，公差带为H8/h7。将卡环2套在钻杆外套I上，移动卡环2至与定位板3中心孔上表面紧密接触后，将卡环2锁紧在钻杆外套I上，完成卡环2的初始定位。松开锁紧螺钉10，使定位板3下移一个要钻削的进给量。利用锁紧螺钉10锁紧定位板3。调试电钻至适当转速，开始钻削。当卡环2再次与定位板3紧密接触时，完成一次钻削进给。
权利要求1.一种三维残余应力测定钻孔仪，其特征在于包括钻杆外套、卡环、定位板、导套、调位锁紧螺栓、底座、钻杆、导杆、刻度杆、锁紧螺钉、压环、导杆锁紧螺母、支撑调位装置， 所述底座为正六边形，各端角部位设置有锥形孔，底座上部三个锥形孔处安装有两根导杆和一根刻度杆，通过导杆锁紧螺母固定在底座上，呈等边三角形分布；三个支撑调位装置固定安装在底座下部调控底座平行度，支撑调位装置亦呈等边三角形分布，且与底座上部安装的两根导杆和刻度杆错位分布；底座中心有圆柱状凸台，凸台内有阶梯孔，阶梯孔的上部设有螺纹与压环连接；凸台周向均布设置四个相同的螺孔与调位锁紧螺栓配合；导套固定在底座凸台阶梯孔内，导套轴肩卡在阶梯面上； 所述定位板作为止动面板，呈等边三角形状，定位板中心有通孔，两个端角设有凸台孔，凸台孔侧壁开有螺孔；另一端角设置有与凸台孔相同内径的半圆弧套筒；两根相同的导杆穿过定位板凸台孔，通过锁紧螺钉与凸台孔侧壁螺孔配合对定位板锁紧；另一根杆面标有刻度的刻度杆穿过定位板另一端角的半圆弧套筒，且与设定的定位板上半圆弧套筒构成进给控制机构；两根导杆与定位板凸台孔内壁为间隙配合，通过控制定位板与刻度杆的位置，实现精确进给。
2.根据权利要求I所述的三维残余应力测定钻孔仪，其特征在于所述卡环为弹性开口钢环，卡环内衬树脂材料层，卡环开口外延耳上设有通孔并通过螺栓锁紧，卡环锁紧卡在钻杆外套上，卡环下端面与定位板中心孔上表面配合进行限位。
3.根据权利要求I所述的三维残余应力测定钻孔仪，其特征在于所述钻杆外套外壁与导套内壁钻杆外套靠近下端外壁沿轴向有凸条，导套内壁沿轴向设有条形凹槽，两者配合安装；钻杆与钻杆外套通过圆锥滚子轴承配合。
专利摘要本实用新型公开了一种三维残余应力测定钻孔仪，包括钻杆外套、卡环、定位板、导套、调位锁紧螺栓、底座、钻杆、导杆、刻度杆、锁紧螺钉、压环、导杆锁紧螺母、支撑调位装置。该三维残余应力测定钻孔仪可提高进给精度，实现连续进给，并且能满足残余应力延深度分布的测定，提高其测量的精确度，减少实验中的操作误差；避免在进给控制上的局限性，并且实现连续进给，在生产实验中满足残余应力延深度分布的测定，避免卡环运动至止动面时产生的摩擦。本实用新型适用于采用盲孔法测定残余应力，尤其适用于采用逐层钻孔法测定喷丸强化后残余压应力延深度的分布。
文档编号G01L1/00GK202512021SQ20122014845
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月11日 优先权日2012年4月11日
发明者吕美平, 吕胜利, 姚磊江, 崔友, 童小燕 申请人:西北工业大学