1．钻孔装置及使用

（1）在工件表面钻孔时，应采用合适的工件，确保钻孔与应变花上圆心的偏离在±0．004D以内。每次钻孔的深度偏差应控制在±0．004D以内，图4－5给出了一种典型的钻孔装置。

图4－5 典型的钻孔装置

（2）适用于残余应力测试的钻孔技术有很多。常见的钻孔技术除了极硬的材料之外可适用于所有材料，例如使用由高速空气涡轮或转速为50 000～400 000r／min［6］的马达驱动的碳化物牙钻或端部铣刀。如采用压力钻或手电钻进行低速钻孔，因为容易在孔边产生切削应力，故应力标定常数需要特殊标定。

（3）对于极硬的材料，可以采用喷砂钻孔装置，利用它可将带有极细颗粒的高速空气流射向工件以达到钻孔效果。但该装置不适用于较软的材料也不能用在有应力梯度的场合，因为它无法严格控制孔深和孔形。

（4）对于高速钻来说，如果选用钻头或端部铣刀作为高速切削工具，应选择“倒锥形”牙钻或小型碳化物端部铣刀。商品化供应的钻头往往是根据不同用途来进行设计的，并不是每种钻头都适用于残余应力测量。因此，如果没有经验可供借鉴，则需要对钻孔技术和钻头进行鉴别和选择。首先在一个经过退火的无应力工件上贴上应变花，然后钻孔。对于高速钻孔方法，如果由钻孔引起的应变在±8微应变范围内，则认为该技术和钻头是适用的。

（5）如果由钻孔所导致的应变量很大，或很难在被测材料上钻孔，则可以添加合适的润滑液对钻头进行润滑。润滑液应是绝缘介质，不应使用任何含水或有电导性的液体，因为它们可能会渗透到应变计的桥路中，导致数据失真。

（6）切削刀具的顶端倾角不得大于1°，这样可避免钻孔底部深浅不一致，钻孔深度偏差应小于刀具直径的1%。对于方法B，顶端倾角不作要求，钻孔深度超过1．2 D0即可。

（7）“倒锥型”钻头端面处的直径最大，向柄身过渡时逐级变细。这样的锥形有利于确保孔壁边缘的加工质量，减少钻头与孔壁的摩擦，并防止由此引起的切削应力。为确保整个截面上的孔径大小基本一致，该锥角不应超过5°。

（8）钻孔时，可采用将刀具轴心正对应变花上圆心并下压钻孔的方法，另外有一种替代的方法是采用轨道钻孔技术［7］，即刀具轴心与钻孔圆心有所偏离。由于刀具并未采用常规的对中方式，而是在一个围绕着钻孔圆心的特定轨道上运行，这样就可以钻出一个比刀具直径大一些的孔来。直接对中应变花上圆心的压入法的优点是比较简单，而轨道法的优势在于能够通过调整偏离量来获得不同大小的孔径，有效地利用圆柱形切削刃进行排屑。

（9）各种类型的应变花均有其对应的孔径范围，均匀应力测量以及非均匀应力测量的取值范围有所不同（读者可自行查阅相关规定）。

（10）由于释放应变的大小近似与钻孔直径的平方成正比，因此钻孔直径一般优先采用范围上限值。如果使用的是直接对中应变花上圆心的压入法，刀具直径应等于孔径。如果使用的是轨道法，刀具直径应为孔径的60%～90%，并选取一定的偏离量使孔径达到设定值。

（11）钻孔应在恒温下进行。每钻一步都应停刀一段时间，使由钻孔和涡轮排气所导致的温度波动恢复平稳，退刀工序则无此项要求。在读取最终的应变值之前应至少等待5s时间。

（12）测量薄工件上的均匀应力时，需按照下文中均匀应力状态薄工件中的钻孔程序执行；测量厚工件上的均匀应力时，需按照下文均匀应力状态厚工件中的钻孔程序执行；测量厚工件上的非均匀应力时，需按照下文非均匀应力状态厚工件中的钻孔程序执行。

2．均匀应力状态薄工件的钻孔程序

（1）对于薄工件，钻孔前应读取每个应变计的初始应变值，然后开始钻孔。

（2）钻孔时应沿轴向缓慢进刀直至钻透整个工件。如果采用轨道钻孔技术，刀具同时沿环形轨道运行。随后停机、退刀，读取应变值ε1，ε2和ε3。

（3）测孔径，确认其是否在所规定的数值范围内。

（4）检查孔的同心度是否在允许的误差范围内。

（5）根据计算公式计算均匀残余应力。(www.daowen.com)

3．均匀应力状态厚工件的钻孔程序（针对方法A）

（1）对于厚工件，钻孔前先读取每个应变计的初始应变值，然后开始沿轴向缓慢进刀，直至划透应变花基底并稍稍刮擦工件表面，将该点设定为“零”孔深。

注：实践中可以采用刀具与工件间是否形成电气回路来判定“零”孔深。

（2）到“零”孔深后停刀，确认所有的应变计读数没有明显变化。用此时新的应变读数作为后续应变测量的初始应变值。

（3）启动刀具，对于A型或B型应变花每次进刀量为0．05D，对于C型应变花每次进刀量为0．06D。如果采用轨道技术，应使刀具沿环形轨道运行。然后停刀，记录每个应变计上的读数ε1，ε2和ε3。也可采用与上述步进值相近的进刀量，不过由于需要对GB／T 31310—2014中表3所列的标定常数进行附加插值运算，其计算会复杂一些。

注：实际工作中，对于1／32英寸的A型应变花每次可进刀0．125mm，对于1／16英寸的A型、B型或C型应变花每次可进刀0．25mm，对于1／8英寸的A型应变花可进刀0．50mm。即使每次的进刀量与规定值0．05D或0．06D存在小的偏差也不会对残余应力测试结果造成太大影响。

（4）重复上述进刀步骤，需将整个孔深分解为8个相等的步进深度，记录每次步进钻孔后的应变读数。对于A型或B型应变花最终孔深约为0．4D，对于C型应变花最终孔深约为0．48D。

注：之所以规定钻孔深度需达到0．4D或0．48D，是因为钻到该深度后应变读数即使还会有所增加，但读数的大小主要是受近表面应力的影响，对于A型以及B型应变花孔深超过0．2D后、C型应变花孔深超过0．3D后，应变花对下一层应力释放的敏感性几近消失。因此本方法实际上测量的是距表面深度0．2D或0．3D的近表层内的残余应力的平均值。

（5）测量钻孔直径，确认其是否在所规定的数值范围内。

（6）检查孔的同心度，确认其是否在允许的误差范围内。

（7）按相应的计算公式计算均匀残余应力。

4．非均匀应力状态厚工件的钻孔程序（针对方法A）

（1）钻孔前先读取每个应变计的初始应变值，然后开始缓慢进刀，直至划透应变花基底并稍稍刮擦工件表面，将该点设定为“零”孔深。

（2）到“零”深度后停刀，确认所有的应变计读数没有明显变化。用此时新的应变读数作为后续应变测量的初始应变值。

（3）启动刀具，对于1／32英寸的A型应变花每次进刀量为0．001英寸（0．025mm），对于1／16英寸的A型、B型或C型应变花每次进刀量为0．002英寸（0．05mm），对于1／8英寸的A型应变花每次进刀量为0．04英寸（0．10mm）。然后停刀，记录每个应变计上的读数ε1，ε2和ε3。

（4）当使用A型或B型应变花时需将整个孔深分解为20个相等的步进深度，重复上述进刀步骤，并记录每步中的应变读数。

（5）当使用C型应变花时需将整个孔深分解为25个相等的步进深度，重复上述进刀步骤，并记录每步中的应变读数。

（6）测量钻孔直径，确认其是否在所规定的数值范围内。

（7）检查孔的同心度，确认其是否在允许的误差范围内。

（8）按相应的计算公式计算非均匀残余应力。