一種新型軸承圈殘余應力鉆孔夾具設計探究

趙磊，羅賢國

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一種新型軸承圈殘余應力鉆孔夾具設計探究

趙磊，羅賢國

（安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 241000）

現有殘余應力鉆孔夾具不能滿足曲面鉆孔要求，由此，專門設計了一種專用鉆孔夾具設備，通過對專用設備的工作原理、工件定位、工件夾緊、操作步驟等方面的分析和實踐應用，證明其能滿足工藝和生產要求。

軸承圈；殘余應力檢測；鉆孔夾具；曲面

1 機械式殘余應力測試方法

機械式殘余應力測量的原理是在平衡狀態下的原始材料應力場上鉆孔，去除一部分具有應力的金屬，使圓孔周邊部分金屬內的應力得到松弛，鉆孔破壞了原來的應力平衡狀態，并呈現新的應力平衡，從而使圓孔周邊的金屬發生應變或位移。通過高靈敏度的應變測量設備，測量鉆孔后的應變量，就可以計算原應力場的應力值。本次研究的主要對象是如何在粘有應變花的軸承圈表面上鉆一個準確的、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 鉆孔時應變片布置圖

2 鉆孔分析

根據這一零件的特殊性及加工的效率，應至少一次安裝兩個軸承外圈，且鉆孔位置可調，適合不同直徑的軸承外圈。鉆孔設備的結構應該簡單，易于固定工件，同時要求對中方便，鉆孔深度易于控制，并能適應在各種直徑大小的軸承圈上鉆孔。根據盲孔殘余應力檢測需要，需在軸承外圈面上鉆一個Ф1.5 mm的孔，深度為2.0 mm，如圖2所示。鉆孔時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控制在±0.04 mm以內。鉆孔時要穩定，電鉆支架不能抖動。鉆孔速度要低速，鉆孔速度快容易導致應變花的溫度變化大，同時孔周邊切削應變增大使測量不穩定。

3 夾具設計的要求

為了能使鉆孔夾具對軸承圈外圓面任意位置進行鉆孔，其夾具必須滿足以下幾點：①應能提高加工準備效率，同時便于裝夾軸承圈；②適用不同規格的軸承內外圈；③電鉆安裝高度可隨不同大小的軸承外圈而調整；④鉆孔位置可調。

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。工件的定位基準始終在V形定位塊的對稱中心平面內，對中性能好，且工件定位后，應將工件固定，使其在加工過程中保持位置不變。根據工裝夾具采用的夾緊機構不同，可以分為液壓夾緊機構、手動夾緊機構、磁力夾緊、氣動夾緊機構、電動夾緊機構等。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，其夾緊機構應盡量簡單適用，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 軸承圈殘余應力鉆孔夾具操作步驟

結合盲孔法殘余應力檢測及夾具設計的特點，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應片花貼前應將軸承圈表面粘貼區打磨，用細砂紙輕輕打磨，以防破壞原有殘余應力場，同時注意被測表面的處理要符合應變測量的技術要求。②將502膠水準確涂在打磨區，用鑷子夾取應片花，并粘貼在試樣測量點位置上，然后用小功率的電烙鐵焊接好測量專用導線，同時用膠帶覆蓋好應片花接線板，防止破壞應片花與應片花接線板之間的連接導線。③連接應變儀，將導線端口安組分別連接在應變儀的端口上，檢查各應變片電阻。④將準備好的軸承圈放入V形磁力吸盤中并擺正，將觀察鏡放入鉆具的套筒內（必要時開明燈）。在觀察鏡里觀察，先將V形磁力吸盤沿著電磁吸盤導軌左右滑動以便調整軸承圈軸向位置，再將電鉆支撐活動板沿著電鉆支撐活動板導軌上下滑動以便調整微型電鉆高度，最終使磁力吸盤位置及觀察鏡的高度初步對準應變花鉆孔點位置，同時保證在轉動觀察鏡時始終與應變花鉆孔點保持重合。最后將支撐板調節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下鉆頭不會滑落即可，再將微型電鉆2表面擦干凈，滴上潤滑油，插入鉆具的套筒內，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，即預定孔深。

6 設計中應注意的問題

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，在加工時易使鉆頭傾斜，從而導致鉆頭折斷，加工質量無法保證，對殘余應力檢測影響較大，因此要保證夾具的加工和裝配精度，同時確保V形磁性吸盤磁力大小選用合適，避免因磁力過小而導致工件夾持不穩，甚至在加工過程中發生脫落，從而發生安全事故。

［1］王海斗.表面殘余應力檢測技術［M］.北京：機械工業出版社，2013.

［2］徐勇，吳百中.機械制造工藝及夾具設計［M］.北京：北京大學出版社，2011.

［3］朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4］許大華，孫金海.機械制造技術［M］.北京：國防工業出版社，2010.

2095－6835（2019）05－0136－02

TG751.2

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.136

〔編輯：嚴麗琴〕