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盲孔法检测轿车横梁的冲压残余应力

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现代轿车后桥通常采用复合式后悬架焊接结构。后悬架中的横梁的横截面呈V型,是由6mm钢板冲压而成的,在V型底部有冲压凹坑,可靠性强化试验表明,这种后桥在使用一段时间后,会在横梁的凹坑附近产生垂直于横梁轴线方向的裂纹。在产生裂纹的诸多因素中,由于残余应力会降低材料的抗疲劳强度、抗应力脆断与抗应力腐蚀等能力,因而,是值得重视的因素之一。研究横梁的冲压工艺对残余应力的影响,对合理地设计横梁的冲压工艺,提高制造质量,延长其使用寿命具有重要的意义。
南京聚航科技有限公司采用盲孔法,对用两种不同冲压工艺冲压成型的横梁(一种凹坑冲压的较深,称为横梁1;另一种凹坑冲压的较浅,称为横梁2)中的冲压残余应力进行了测试、比较和分析。结果表明,冲压会在横梁中产生较大的残余应力,具有较深凹坑的横梁的冲压工艺优于具有较浅凹坑的横梁的冲压工艺。
1、残余应力测试装置与方法
试验使用JH系列残余应力专用应变片,JHZK残余应力精密钻孔装置,JH残余应力测试仪,测试中采用盲孔法测量残余应力,钻孔直径为1.5mm,孔深为2mm。
2、横梁冲压残余应力测试结果
1)释放系数的测定
在横梁所用的板材试件上粘贴5个残余应力应变花,其中3个粘贴在试件的轴线上,用于测定释放系数,另外2个对称粘贴在时间的两侧,用于监控加载,使试件产生单向拉伸。钻孔前后分别将试件安装到拉伸试验机上,重复加载、测量3次,根据3个点的释放应变根据公式求得释放系数,取平均值,作为释放系数的最终测定值。
研究表明,当用上述释放系数计算出的s1(或s2)>ss/3(对于单向应力状态)、s1(或ss)>ss/2(对于双向应力状态)时,由于在释放应变中含有塑性应变,因此,必须对释放系数进行修正,以消除塑性应变引起的测量误差。根据所测定的释放系数与文献中的分级值,通过线性插值,可以得到释放系数分级值。
2)测点的布置
根据轿车的可靠性强化试验结果,横梁中的裂纹发生在凹坑附近,裂纹面垂直于横梁的轴线方向(x方向)。为了研究横梁中的冲压残余应力在开裂处附近的分布情况,考虑到各测点之间应有一定的间隔,利用结构的对称性,分别在两种横梁外侧凹坑四周布置了7个测点,其中测点①位于横梁的V型底部。
3)测试结果
钻孔时,在测点四周会产生附加应变。冲压在横梁中会产生较大的残余应力。两种横梁中的冲压残余应力分布与变化趋势基本相同,sxmax均发生在横梁的V型底部,在裂纹产生处(x=0处),两种横梁中的冲压残余应力sy和txy基本相等,而sx相差较大,横梁1的sx=﹣85MPa,横梁2的sx=49MPa。
4)残余应力测试结论
冲压会在横梁中产生较大的残余应力;在裂纹产生处,两种横梁中垂直于裂纹面的冲压残余应力相差较大,由于横梁1处为压应力,对抑制裂纹的产生与扩展有利,因此,横梁1的冲压工艺比横梁2的好,与轿车可靠性强化试验结果吻合。

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