一種新型軸承圈殘余應(yīng)力鉆孔夾具設(shè)計(jì)探究

趙磊，羅賢國(guó)

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一種新型軸承圈殘余應(yīng)力鉆孔夾具設(shè)計(jì)探究

趙磊，羅賢國(guó)

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

現(xiàn)有殘余應(yīng)力鉆孔夾具不能滿足曲面鉆孔要求，由此，專門設(shè)計(jì)了一種專用鉆孔夾具設(shè)備，通過(guò)對(duì)專用設(shè)備的工作原理、工件定位、工件夾緊、操作步驟等方面的分析和實(shí)踐應(yīng)用，證明其能滿足工藝和生產(chǎn)要求。

軸承圈；殘余應(yīng)力檢測(cè)；鉆孔夾具；曲面

1 機(jī)械式殘余應(yīng)力測(cè)試方法

機(jī)械式殘余應(yīng)力測(cè)量的原理是在平衡狀態(tài)下的原始材料應(yīng)力場(chǎng)上鉆孔，去除一部分具有應(yīng)力的金屬，使圓孔周邊部分金屬內(nèi)的應(yīng)力得到松弛，鉆孔破壞了原來(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)，并呈現(xiàn)新的應(yīng)力平衡，從而使圓孔周邊的金屬發(fā)生應(yīng)變或位移。通過(guò)高靈敏度的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，測(cè)量鉆孔后的應(yīng)變量，就可以計(jì)算原應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值。本次研究的主要對(duì)象是如何在粘有應(yīng)變花的軸承圈表面上鉆一個(gè)準(zhǔn)確的、精度高的小孔，如圖1所示，孔徑通常為1.5～3.0 mm，深度約為1.5～3.0 mm。

圖1 鉆孔時(shí)應(yīng)變片布置圖

2 鉆孔分析

根據(jù)這一零件的特殊性及加工的效率，應(yīng)至少一次安裝兩個(gè)軸承外圈，且鉆孔位置可調(diào)，適合不同直徑的軸承外圈。鉆孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單，易于固定工件，同時(shí)要求對(duì)中方便，鉆孔深度易于控制，并能適應(yīng)在各種直徑大小的軸承圈上鉆孔。根據(jù)盲孔殘余應(yīng)力檢測(cè)需要，需在軸承外圈面上鉆一個(gè)Ф1.5 mm的孔，深度為2.0 mm，如圖2所示。鉆孔時(shí)要保證鉆頭與被加工工件表面相互垂直，鉆孔中心一般偏差應(yīng)控制在±0.04 mm以內(nèi)。鉆孔時(shí)要穩(wěn)定，電鉆支架不能抖動(dòng)。鉆孔速度要低速，鉆孔速度快容易導(dǎo)致應(yīng)變花的溫度變化大，同時(shí)孔周邊切削應(yīng)變?cè)龃笫箿y(cè)量不穩(wěn)定。

3 夾具設(shè)計(jì)的要求

為了能使鉆孔夾具對(duì)軸承圈外圓面任意位置進(jìn)行鉆孔，其夾具必須滿足以下幾點(diǎn)：①應(yīng)能提高加工準(zhǔn)備效率，同時(shí)便于裝夾軸承圈；②適用不同規(guī)格的軸承內(nèi)外圈；③電鉆安裝高度可隨不同大小的軸承外圈而調(diào)整；④鉆孔位置可調(diào)。

圖2 軸承外圈

4 定位與夾緊方案的確定

由于此次加工孔的位置在零件的表面，且屬于盤類零件，則可采用外圓面定位，可采用V形定位塊定位，如圖3所示。工件的定位基準(zhǔn)始終在V形定位塊的對(duì)稱中心平面內(nèi)，對(duì)中性能好，且工件定位后，應(yīng)將工件固定，使其在加工過(guò)程中保持位置不變。根據(jù)工裝夾具采用的夾緊機(jī)構(gòu)不同，可以分為液壓夾緊機(jī)構(gòu)、手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、磁力夾緊、氣動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、電動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)等。由于此加工工件為軸承圈，鉆孔孔徑小，深度淺，切削力不大，因此所需夾緊力不大，其夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單適用，操作方便，便于加工制造安裝，因此采用磁力夾緊。

1—軸承圈；2—V形電磁吸盤。

5 軸承圈殘余應(yīng)力鉆孔夾具操作步驟

結(jié)合盲孔法殘余應(yīng)力檢測(cè)及夾具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，鉆孔夾具主要部件如圖4所示。

其軸承圈鉆孔操作步驟如下：①應(yīng)片花貼前應(yīng)將軸承圈表面粘貼區(qū)打磨，用細(xì)砂紙輕輕打磨，以防破壞原有殘余應(yīng)力場(chǎng)，同時(shí)注意被測(cè)表面的處理要符合應(yīng)變測(cè)量的技術(shù)要求。②將502膠水準(zhǔn)確涂在打磨區(qū)，用鑷子夾取應(yīng)片花，并粘貼在試樣測(cè)量點(diǎn)位置上，然后用小功率的電烙鐵焊接好測(cè)量專用導(dǎo)線，同時(shí)用膠帶覆蓋好應(yīng)片花接線板，防止破壞應(yīng)片花與應(yīng)片花接線板之間的連接導(dǎo)線。③連接應(yīng)變儀，將導(dǎo)線端口安組分別連接在應(yīng)變儀的端口上，檢查各應(yīng)變片電阻。④將準(zhǔn)備好的軸承圈放入V形磁力吸盤中并擺正，將觀察鏡放入鉆具的套筒內(nèi)（必要時(shí)開明燈）。在觀察鏡里觀察，先將V形磁力吸盤沿著電磁吸盤導(dǎo)軌左右滑動(dòng)以便調(diào)整軸承圈軸向位置，再將電鉆支撐活動(dòng)板沿著電鉆支撐活動(dòng)板導(dǎo)軌上下滑動(dòng)以便調(diào)整微型電鉆高度，最終使磁力吸盤位置及觀察鏡的高度初步對(duì)準(zhǔn)應(yīng)變花鉆孔點(diǎn)位置，同時(shí)保證在轉(zhuǎn)動(dòng)觀察鏡時(shí)始終與應(yīng)變花鉆孔點(diǎn)保持重合。最后將支撐板調(diào)節(jié)螺釘鎖緊及磁力吸盤鎖緊螺釘鎖緊并通電。⑤取下觀察鏡，將配置中Ф1.5 mm鉆頭放入專用微型電鉆2的夾頭里，輕擰一下使微型電鉆豎直狀態(tài)下鉆頭不會(huì)滑落即可，再將微型電鉆2表面擦干凈，滴上潤(rùn)滑油，插入鉆具的套筒內(nèi)，并在鉆桿卡圈與鉆具套筒間塞入厚度為2 mm的深度控制墊片。當(dāng)鉆頭與工件接觸后擰緊夾頭，使鉆頭固定，去除墊片，連接好電鉆電源線，保持合適的壓力，鉆至卡圈與夾具套筒間貼合，即預(yù)定孔深。

6 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

由于軸承圈的表面是曲面，如果V形塊的定位中心不與鉆套孔中心重合，在加工時(shí)易使鉆頭傾斜，從而導(dǎo)致鉆頭折斷，加工質(zhì)量無(wú)法保證，對(duì)殘余應(yīng)力檢測(cè)影響較大，因此要保證夾具的加工和裝配精度，同時(shí)確保V形磁性吸盤磁力大小選用合適，避免因磁力過(guò)小而導(dǎo)致工件夾持不穩(wěn)，甚至在加工過(guò)程中發(fā)生脫落，從而發(fā)生安全事故。

［1］王海斗.表面殘余應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［2］徐勇，吳百中.機(jī)械制造工藝及夾具設(shè)計(jì)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2011.

［3］朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［4］許大華，孫金海.機(jī)械制造技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

2095－6835（2019）05－0136－02

TG751.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.136

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕