一种新型轴承圈残余应力钻孔夹具设计探究

2019-03-22赵磊罗贤国

科技与创新 2019年5期

关键词：外圈电钻磁力

赵磊，罗贤国

一种新型轴承圈残余应力钻孔夹具设计探究

赵磊，罗贤国

（安徽机电职业技术学院，安徽芜湖 241000）

现有残余应力钻孔夹具不能满足曲面钻孔要求，由此，专门设计了一种专用钻孔夹具设备，通过对专用设备的工作原理、工件定位、工件夹紧、操作步骤等方面的分析和实践应用，证明其能满足工艺和生产要求。

轴承圈；残余应力检测；钻孔夹具；曲面

1 机械式残余应力测试方法

机械式残余应力测量的原理是在平衡状态下的原始材料应力场上钻孔，去除一部分具有应力的金属，使圆孔周边部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔周边的金属发生应变或位移。通过高灵敏度的应变测量设备，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。本次研究的主要对象是如何在粘有应变花的轴承圈表面上钻一个准确的、精度高的小孔，如图1所示，孔径通常为1.5～3.0 mm，深度约为1.5～3.0 mm。

图1 钻孔时应变片布置图

2 钻孔分析

根据这一零件的特殊性及加工的效率，应至少一次安装两个轴承外圈，且钻孔位置可调，适合不同直径的轴承外圈。钻孔设备的结构应该简单，易于固定工件，同时要求对中方便，钻孔深度易于控制，并能适应在各种直径大小的轴承圈上钻孔。根据盲孔残余应力检测需要，需在轴承外圈面上钻一个Ф1.5 mm的孔，深度为2.0 mm，如图2所示。钻孔时要保证钻头与被加工工件表面相互垂直，钻孔中心一般偏差应控制在±0.04 mm以内。钻孔时要稳定，电钻支架不能抖动。钻孔速度要低速，钻孔速度快容易导致应变花的温度变化大，同时孔周边切削应变增大使测量不稳定。

3 夹具设计的要求

为了能使钻孔夹具对轴承圈外圆面任意位置进行钻孔，其夹具必须满足以下几点：①应能提高加工准备效率，同时便于装夹轴承圈；②适用不同规格的轴承内外圈；③电钻安装高度可随不同大小的轴承外圈而调整；④钻孔位置可调。

图2 轴承外圈

4 定位与夹紧方案的确定

由于此次加工孔的位置在零件的表面，且属于盘类零件，则可采用外圆面定位，可采用V形定位块定位，如图3所示。工件的定位基准始终在V形定位块的对称中心平面内，对中性能好，且工件定位后，应将工件固定，使其在加工过程中保持位置不变。根据工装夹具采用的夹紧机构不同，可以分为液压夹紧机构、手动夹紧机构、磁力夹紧、气动夹紧机构、电动夹紧机构等。由于此加工工件为轴承圈，钻孔孔径小，深度浅，切削力不大，因此所需夹紧力不大，其夹紧机构应尽量简单适用，操作方便，便于加工制造安装，因此采用磁力夹紧。

1—轴承圈；2—V形电磁吸盘。

5 轴承圈残余应力钻孔夹具操作步骤

结合盲孔法残余应力检测及夹具设计的特点，钻孔夹具主要部件如图4所示。

其轴承圈钻孔操作步骤如下：①应片花贴前应将轴承圈表面粘贴区打磨，用细砂纸轻轻打磨，以防破坏原有残余应力场，同时注意被测表面的处理要符合应变测量的技术要求。②将502胶水准确涂在打磨区，用镊子夹取应片花，并粘贴在试样测量点位置上，然后用小功率的电烙铁焊接好测量专用导线，同时用胶带覆盖好应片花接线板，防止破坏应片花与应片花接线板之间的连接导线。③连接应变仪，将导线端口安组分别连接在应变仪的端口上，检查各应变片电阻。④将准备好的轴承圈放入V形磁力吸盘中并摆正，将观察镜放入钻具的套筒内（必要时开明灯）。在观察镜里观察，先将V形磁力吸盘沿着电磁吸盘导轨左右滑动以便调整轴承圈轴向位置，再将电钻支撑活动板沿着电钻支撑活动板导轨上下滑动以便调整微型电钻高度，最终使磁力吸盘位置及观察镜的高度初步对准应变花钻孔点位置，同时保证在转动观察镜时始终与应变花钻孔点保持重合。最后将支撑板调节螺钉锁紧及磁力吸盘锁紧螺钉锁紧并通电。⑤取下观察镜，将配置中Ф1.5 mm钻头放入专用微型电钻2的夹头里，轻拧一下使微型电钻竖直状态下钻头不会滑落即可，再将微型电钻2表面擦干净，滴上润滑油，插入钻具的套筒内，并在钻杆卡圈与钻具套筒间塞入厚度为2 mm的深度控制垫片。当钻头与工件接触后拧紧夹头，使钻头固定，去除垫片，连接好电钻电源线，保持合适的压力，钻至卡圈与夹具套筒间贴合，即预定孔深。