剝層法屬于機(jī)械釋放法，多用于金屬材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力測量，此方法測量時需將被測點周圍的金屬材料*切割下來，使得殘余應(yīng)力在每層切割后得到釋放并使材料產(chǎn)生變形，用應(yīng)變片測出微應(yīng)變，再利用力學(xué)公式算出殘余應(yīng)力。

為了了解金屬材料的殘余應(yīng)力對加工過程產(chǎn)生的影響，必須對材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的大小和分布狀況進(jìn)行測量。因此我們需要研究其內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布規(guī)律。本文使用剝層法對LD10鍛造鋁合金材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了試驗研究。這種方法應(yīng)變釋放率高，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，并且可以測量出殘余應(yīng)力沿深度方向的變化。

殘余應(yīng)力測量原理

如果構(gòu)件的殘余應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，在需要測量處沿著殘余應(yīng)力方向粘貼應(yīng)變片，切除一層材料后，測出此點應(yīng)變，然后用胡克定律計算出相應(yīng)方向的殘余應(yīng)力為：

σ=Eε  （1）

如果試件不是單向應(yīng)力狀態(tài)，需要測定試件X、Y兩個方向的殘余應(yīng)力時，那么沿X和Y兩個方向粘貼應(yīng)變片，切割工件后，測出兩個方向的應(yīng)變εx和εy，然后按下式計算出殘余應(yīng)力的大小和方向。

（2）

本試驗在每個測量點的X和Y兩個方向都粘貼應(yīng)變片，每層切削完應(yīng)變片周圍的材料，記錄下本層測量點處兩個方向的應(yīng)變ε_x，ε_y，換算出殘余應(yīng)力σ_x和σ_y。然后再重新粘貼應(yīng)變片測量下一場數(shù)據(jù)，每層測量間隔4mm，直至測量深度達(dá)到試件中面。根據(jù)鍛造的工藝條件，測量之前做出如下假設(shè)：假定殘余應(yīng)力在平行于中性面的任一平面內(nèi)分布不均勻，并且隨厚度變化，但是其分布規(guī)律沿中性面對稱分布，因此在試驗中，只需要切除一半深度的材料，由對稱性即可獲得整個的殘余應(yīng)力分布規(guī)律。

試驗材料及所需儀器

材料選用自由鍛造成形的LD10鋁合金鍛件，是一種高強度鋁合金，從鍛件中切取240mm*200mm*120mm的試件。

本試驗在XK7132數(shù)控銑床上進(jìn)行，該數(shù)控銑床主軸的高轉(zhuǎn)速為3000r/min，功率為2.2KW，大進(jìn)給速度為4m/min。切削參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速v=2000r/min，進(jìn)給速度為f=200mm/min，軸向切深為2mn，徑向切深為6mm。為精確的測量LD10鍛造鋁合金試件在試驗當(dāng)中的微應(yīng)變，采用JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，電阻應(yīng)變片采用單周箔式應(yīng)變片。

試驗結(jié)果

• 采用剝層法可以對鍛造鋁合金LD10試件進(jìn)行較為全面的殘余應(yīng)力測量，不僅可以得到試件表層殘余應(yīng)力的大小，而且還能獲得其沿深度方向的變化。
• 鍛造鋁合金LD10中大殘余壓應(yīng)力出現(xiàn)在試件邊緣的表層這類金屬流動*快的區(qū)域，而大殘余應(yīng)力則出現(xiàn)在試件腰部中間一些金屬流動緩慢的區(qū)域。

鍛造鋁合金內(nèi)部殘余應(yīng)力其分布規(guī)律和部位有關(guān)，中心處和邊緣處殘余應(yīng)力分布規(guī)律相反，中心處殘余應(yīng)力變化曲線呈M型，越靠近邊緣曲線形狀越相似與W型。