專利名稱：測量氣缸體二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體上，本發(fā)明涉及殘余應(yīng)力的測量方法。更具體地說，本發(fā)明涉及通過局部切削二重連接區(qū)來測量發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)(siamese)殘余應(yīng)力的方法。
背景技術(shù)：
在車輛上應(yīng)用的許多零件通常是鑄件，其內(nèi)部具有殘余應(yīng)力。這就是說，由于澆注后收縮，這種零件很可能產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力，而高的殘余應(yīng)力大大縮短零件的疲勞壽命。
當(dāng)前，發(fā)動機氣缸體通常用鋁材制作以減輕重量和車輛的油耗。但在缸徑內(nèi)部還應(yīng)用鑄鐵材料以防氣缸體的剛性和疲勞壽命惡化。
這種鑄鐵材料與鋁有不同的熱膨脹系數(shù)。因此，在氣缸體澆注后相鄰缸徑在氣缸體頂部交會處的二重連接區(qū)具有相對高的殘余應(yīng)力。
二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力會造成開裂，如圖1所示，因而不利于發(fā)動機的疲勞強度和耐用性。
因此，在研制新發(fā)動機時測量氣缸體二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力是十分必要的。當(dāng)測出的殘余應(yīng)力高于標(biāo)準時，應(yīng)改變氣缸體的加工方法與結(jié)構(gòu)以便降低殘余應(yīng)力。
通常測量殘余應(yīng)力用切削法或非切削法。因為可用X射線、超聲波、電磁波等對晶體結(jié)構(gòu)作分析，非切削法不會損壞加工好的產(chǎn)品。按照切削法，殘余應(yīng)力的大小是通過測量產(chǎn)品的變形而獲得的，該變形通過消除因切削引起的殘余應(yīng)力而產(chǎn)生的。
在切削方法的各種方案中，應(yīng)用最廣的是鉆削方案和全切方案。
根據(jù)鉆削方案在大致圓形的結(jié)構(gòu)上在目標(biāo)測量區(qū)域四周的0°、120°和270°處分別貼上應(yīng)變片。當(dāng)目標(biāo)區(qū)用鉆頭或激光器切除時隨即用四周的應(yīng)變片測量產(chǎn)品的變形(及相應(yīng)的殘余應(yīng)力)。
另一方面，根據(jù)全切法，將應(yīng)變片貼在測量殘余應(yīng)力的目標(biāo)區(qū)。然后，將環(huán)繞應(yīng)變片整周切削產(chǎn)品，使目標(biāo)區(qū)與產(chǎn)品完全分離，再測量得到的變形(及相應(yīng)的殘余應(yīng)力)。
對于用非切削法測量殘余應(yīng)力來講，需要很貴且復(fù)雜的設(shè)備。除此之外，由于對這種設(shè)備而言，發(fā)動機氣缸體尺寸太大，因此非切削法并不認為適合于測量氣缸體的殘余應(yīng)力。
根據(jù)鉆削方案，應(yīng)保證在目標(biāo)測量區(qū)四周有較寬區(qū)域用來貼應(yīng)變片。但在氣缸體的二重連接區(qū)周圍沒有足夠區(qū)域可提供，因此這不是應(yīng)用這種鉆削方案的好的例子。
因此，根據(jù)發(fā)動機二重連接區(qū)殘余應(yīng)力測量的傳統(tǒng)方案，廣泛采用全切方案，因而，將產(chǎn)品沿貼有應(yīng)變片整周切除，使貼有應(yīng)變片的目標(biāo)測量區(qū)與產(chǎn)品完全分離。
但根據(jù)此全切方案，因為要將二重連接區(qū)與氣缸體完全分離，殘余應(yīng)力的測量很費時間。
本發(fā)明背景中公開的資料只是為了加深對發(fā)明背景的理解，不應(yīng)認為是在該國對專業(yè)技術(shù)人員熟知的構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容的認可或任何形式的建議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種測量殘余應(yīng)力的方法，它不必使二重連接區(qū)與發(fā)動機氣缸體完全分離。
根據(jù)本發(fā)明實施例應(yīng)用應(yīng)變片測量發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力的典型方法包括，在二重連接區(qū)缸徑內(nèi)側(cè)貼附應(yīng)變片，在局部切除缸徑過程中檢測多個應(yīng)變片的輸出值，及根據(jù)該多個應(yīng)變片的輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力。
在另一實施例中，對應(yīng)變片輸出值的檢測是連續(xù)檢測應(yīng)變片的輸出值，并且在該實施例中，該連續(xù)的輸出值是在從缸徑端部沿向其軸向切削應(yīng)變片兩側(cè)的缸徑過程中進行檢測的。而且在此情況下，殘余應(yīng)力的計算是通過下列步驟實現(xiàn)的確定應(yīng)變片的連續(xù)輸出值是否低于預(yù)定比率，在應(yīng)變片的連續(xù)輸出值的變化率低于預(yù)定比率的情況下，根據(jù)應(yīng)變片最后輸出值計算殘余應(yīng)力。
在另一實施例中，預(yù)定比率范圍為0-2％。
根據(jù)本發(fā)明實施例，發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的典型測量系統(tǒng)包括，貼在二重連接區(qū)的應(yīng)變片，對貼有應(yīng)變片的二重連接區(qū)進行切削的切削裝置，及根據(jù)應(yīng)變片輸出值計算二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的控制器。
該控制器是由預(yù)定程序驅(qū)動的微處理器，該控制器被編程為可執(zhí)行下列指令檢測在局部切削缸徑過程中多個應(yīng)變片的輸出值并根據(jù)這些應(yīng)變片的輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力。
在另一實施例中，多個應(yīng)變片輸出值的檢測是檢測應(yīng)變片的連續(xù)輸出值，這些連續(xù)輸出值是在從缸徑端部沿其軸向切削應(yīng)變片兩側(cè)的缸徑的過程中進行檢測的。而且在此情況下，殘余應(yīng)力的計算可以通過下列步驟實現(xiàn)確定的連續(xù)輸出值的變化率是否低于預(yù)定比率，在應(yīng)變片連續(xù)輸出值的變化率低于預(yù)定比率的情況下，根據(jù)多個應(yīng)變片最后輸出值計算殘余應(yīng)力。
在另一實施例中，預(yù)定比率范圍為0-2％。


附圖用于說明本發(fā)明的典型實施例并與說明書一起解釋本發(fā)明的原理，其中圖1示出了殘余應(yīng)力引起的氣缸體二重連接區(qū)中的裂紋；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的測量殘余應(yīng)力方法的系統(tǒng)的方框圖；圖3是一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力的方法；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例殘余應(yīng)力測量方法的貼有應(yīng)變片的氣缸體；圖5示出了按照根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力方法局部切除的二重連接區(qū)；以及圖6是一曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例局部切削方案與傳統(tǒng)全切方案獲得的輸出值的比較。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖2示出了實施根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力方法的系統(tǒng)的簡圖。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力方法的實施系統(tǒng)包括貼在發(fā)動機氣缸體60的缸徑50的二重連接區(qū)10的應(yīng)變片20(參見圖4和5)、用于切削貼有應(yīng)變片20的二重連接區(qū)10的切削裝置30、及控制器40，該控制器40可根據(jù)應(yīng)變片20的輸出值計算二重連接區(qū)10的殘余應(yīng)力。
具體而言，貼到二重連接區(qū)10的應(yīng)變片20被固定在缸徑50的內(nèi)表面上。圖4示出了氣缸體60的缸徑50貼有應(yīng)變片20。
在圖2中，應(yīng)變片20的輸出端(未示出)連接控制器40，因此，應(yīng)變片20的輸出值可輸送到控制器40。
控制器40為一由預(yù)編程序驅(qū)動的微處理器且其被編程為根據(jù)應(yīng)變片20的輸出值(如電流值)按本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力的方法計算二重連接區(qū)10的殘余應(yīng)力。
作為切削裝置30，鉆頭或端銑刀可用來切削應(yīng)變片20附近的缸徑。
圖3是一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力的方法。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的測量殘余應(yīng)力的方法。首先在步驟S310中將應(yīng)變片20貼附到二重連接區(qū)10缸徑50的內(nèi)側(cè)上，在此處發(fā)動機缸體60的缸徑50被連接。應(yīng)變片20連接到控制器40上。
隨即在步驟S320中，控制器40在切削發(fā)動機氣缸體60的二重連接區(qū)10之前檢測并儲存貼到二重連接區(qū)10的應(yīng)變片20的初始值(如初始電流值)。
然后在步驟S330中，控制器40檢測在從缸徑50端部沿軸向在應(yīng)變片20兩側(cè)切削缸徑50過程中所產(chǎn)生的應(yīng)變片20的連續(xù)輸出值。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例測量殘余應(yīng)力方法由切削裝置30對二重連接區(qū)10的局部切除。
如圖5所示，二重連接區(qū)10的切削方向是缸徑50的軸向，二重連接區(qū)10在應(yīng)變片20的兩側(cè)被切除。
在本實施例中，二重連接區(qū)10是逐步切除的。隨著缸徑切削深度的加深，應(yīng)變片20產(chǎn)生與由于殘余應(yīng)力引起的二重連接區(qū)10變形相應(yīng)的輸出值并將此輸出值傳送到控制器40。
隨后在步驟S340中，控制器40計算應(yīng)變片20連續(xù)輸出值的變化率R，然后確定此變化率R是否小于或等于預(yù)定比率Rc。
如果輸出值的變化率R小于預(yù)定比率Rc，則控制器40在S350步中根據(jù)應(yīng)變片20的最后輸出值計算殘余應(yīng)力。
點發(fā)現(xiàn)輸出值的變化率R大于預(yù)定比率Rc時，則控制器40回到步驟S330，于是二重連接區(qū)10由切削裝置30作進一步切削，然后再次檢測應(yīng)變片20相關(guān)的輸出值。
這就是說，傳統(tǒng)的全切方案中貼上應(yīng)變片20的二重連接區(qū)10應(yīng)當(dāng)與缸徑50完全分離，與之相反，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，二重連接區(qū)10在其兩側(cè)如圖5所示沿缸徑50的軸向被逐步切削的同時，重復(fù)檢測殘余應(yīng)力。
在圖6中，將本發(fā)明的應(yīng)變片20的輸出值與傳統(tǒng)全切法獲得的輸出值作比較。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的應(yīng)變片20的輸出值，當(dāng)二重連接區(qū)10被切到一定深度(如20mm)以上時其變化率小于預(yù)定比率。這意味著，如果二重連接區(qū)被切到足夠深度，進一步切削不會產(chǎn)生更多的二重連接區(qū)10的變形，這本身又意味著本發(fā)明實施例可獲得與傳統(tǒng)全切法一樣的效果。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例可得到同樣效果，而時間大為縮短，并且致力于殘余應(yīng)力的測量。
從應(yīng)變片20的輸出值(如電流值)計算殘余應(yīng)力對于專業(yè)技術(shù)人員是顯而易見的，因此不作進一步說明。
根據(jù)發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)測量殘余應(yīng)力的方法，貼上應(yīng)變片的二重連接區(qū)不必與缸徑完全分離，而只需沿缸徑軸向逐步作局部切削。二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力在逐步的局部切削過程中根據(jù)產(chǎn)生的應(yīng)變片的輸出值可容易測出。
雖然本發(fā)明已結(jié)合目前認為時最實用的示例性實施例作了說明，但應(yīng)明白，本發(fā)明不限于已公開的實施例，正相反，本發(fā)明打算包括所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的各種修改及等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用應(yīng)變片測量發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的方法，該方法包括在二重連接區(qū)缸徑內(nèi)側(cè)貼附應(yīng)變片；在局部切削缸徑期間檢測多個應(yīng)變片的輸出值；以及根據(jù)該多個應(yīng)變片的輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該檢測多個應(yīng)變片輸出值的步驟檢測應(yīng)變片的連續(xù)輸出值，該連續(xù)輸出值是在從缸徑端部沿軸向切削應(yīng)變片兩側(cè)的缸徑過程中被檢測的；以及其中，殘余應(yīng)力的計算包括確定應(yīng)變片連續(xù)輸出值的變化率是否低于預(yù)定比率；以及在應(yīng)變片連續(xù)輸出值的變化率低于預(yù)定比率的情況下，根據(jù)應(yīng)變片的最后輸出值計算殘余應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該預(yù)定比率在0-2％范圍內(nèi)。
4.一種測量發(fā)動機氣缸體二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括應(yīng)變片，貼到二重連接區(qū)；切削裝置，用于切削貼有應(yīng)變片的二重連接區(qū)；以及控制器，用于根據(jù)應(yīng)變片的輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力，其中，該控制器是一由預(yù)定程序驅(qū)動的微處理器，并且該控制器編程為執(zhí)行以下指令在局部切削缸徑期間檢測多個應(yīng)變片的輸出值；以及根據(jù)該多個應(yīng)變片輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，該檢測多個輸出值的指令包括檢測應(yīng)變片的連續(xù)輸出值的指令，該連續(xù)輸出值是在從缸徑端部沿軸向切削應(yīng)變片兩側(cè)的缸徑過程中被檢測的，以及其中，計算殘余應(yīng)力的指令包括以下指令確定應(yīng)變片連續(xù)輸出值的變化率是否低于預(yù)定比率；以及在應(yīng)變片連續(xù)輸出值的變化率低于預(yù)定比率的情況下，根據(jù)應(yīng)變片的最后輸出值計算殘余應(yīng)力。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)定比率在0-2％范圍內(nèi)。
全文摘要
測量氣缸體二重連接區(qū)殘余應(yīng)力的方法，利用貼在二重連接區(qū)缸徑內(nèi)側(cè)的應(yīng)變片，在局部切削缸徑的過程中檢測多個應(yīng)變片的輸出值，根據(jù)這些應(yīng)變片的輸出值計算二重連接區(qū)的殘余應(yīng)力。
文檔編號G01N3/00GK1661345SQ20041010363
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者李京雨, 金治彥 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社