[發明專利]基于帶內筋圓環壓縮變形的摩擦因子測定方法

有效

• 申請號: 201410029434.4
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103760098A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 胡成亮;趙震
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種塑性成形技術領域的方法，具體是一種基于帶內筋圓環壓縮變形的摩擦因子測定方法。

背景技術

塑性成形模具與工件的接觸表面存在著變形金屬的塑性流動使得摩擦產生，摩擦本身是一種非常復雜的物理現象，而體積成形過程中不斷形成的新生表面更是增加了其摩擦與潤滑狀態的復雜性。摩擦與潤滑條件作為體積成形工藝過程的重要邊界條件，直接影響金屬的塑性流動與變形均勻性、成形力的大小與能量消耗、成形件的內部結構與表面質量，以及模具使用壽命等。因此，正確理解摩擦與潤滑機理、合理利用摩擦效應與優選相關潤滑劑，對于體積成形工藝的順利實施與制件的批量生產具有重要意義。

圓環鐓粗法通過測量鐓粗前后的圓環內徑與高度，計算內徑與高度的相對變化量，然后查詢標定曲線獲得具體摩擦系數或摩擦因子。因此，變形前后圓環試樣尺寸測量的準確性直接影響摩擦因子的測定準確性，從而影響實際摩擦與潤滑條件的評價結果。但是，圓環鐓粗過程中的鼓形效應，低摩擦時內徑向外鼓，高摩擦時內徑向內鼓，如圖1所示，增加了關鍵尺寸準確測量的難度，尤其是變形后的內徑；為了較準確地測量內徑變化，往往需要利用投影儀與求面積儀等工具或其他復雜手段進行測量。此外，實際實驗中，變形后塑性失穩的圓環內孔縱截面輪廓形狀不穩定且存在多種可能性，進一步增加了摩擦因子測定的不確定性。

雙杯擠壓法則是通過一系列雙杯擠壓試驗并結合標定曲線來確定不同潤滑條件下的摩擦系數，然后再進行比較，但是雙杯擠壓的模具結構相對復雜，保證擠壓成形后的雙杯樣件方便順利地從深腔擠壓模具中取出，需要配備專用的壓力機。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN102539315，公開日2012.07.04，公開了一種能快速準確確定金屬在塑性成形過程中摩擦系數的方法。該方法做n組圓環鐓粗實驗：做第1組，每組3個試樣，圓環試樣的尺寸比例取外徑∶內徑∶高度＝3∶2∶1，壓下率在50%以下，測量試樣變形后的內徑、外徑及高度，每一尺寸從三個不同方向測量取其均值，計算3個試樣的平均內徑、外徑及高度；計算中性層半徑；計算摩擦因子m；然后借助有限元模擬計算結果調整摩擦因子，獲得該組實驗對應的最佳摩擦因子；必要時，采用多組取平均的方法獲得更為準確的摩擦因子。該方法雖然采用了與常用圓環鐓粗比例不同的圓環試樣，但是并未改變圓環鐓粗的變形實質，依然存在“鼓形效應”導致變形后的內徑、外徑測量的不確定性，從而導致后續摩擦因子計算的不確定性。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于帶內筋圓環壓縮變形的摩擦因子測定方法，避免了傳統圓環鐓粗法中由內孔不穩定變形導致的變形后測量困難與摩擦因子測得的不確定性，可以有效提高摩擦因子測定的準確性，同時不需要使用像雙倍擠壓那樣復雜的模具裝置。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明首先將待測工件材料加工成內側帶內筋的圓環結構，其尺寸比例為：外徑/內徑/高度/內筋高度/內筋寬度的比例為3/2/1/0.2/0.2；然后進行潤滑處理；再將該待測工件材料于平面模具中進行壓縮變形，并控制工件材料高度的相對縮減量在40%-55%以內；依據計算所得工件材料壓縮變形前后的試樣內筋的內徑變化量與高度的相對縮減量查詢摩擦因子標定曲線，以確定潤滑處理后待測工件材料與模具接觸面的摩擦因子。

所述的潤滑處理，采用現有潤滑介質與潤滑方法對工件材料或模具表面進行潤滑；所述潤滑介質是液態潤滑劑或固態潤滑劑；所述潤滑方法是機械、物理或化學的潤滑方法。

所述的壓縮變形過程中控制工件材料高度的相對縮減量的方法是：利用預設壓力機的行程或者試驗機的壓下量，實現對高度的相對縮減量的控制，其中：高度的相對縮減量由下式所得：(H-H’)/H，其中，H表示變形前高度，該數值在比例加工后、壓縮變形前測量獲得；H’表示變形后高度，該數值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得。

所述的試樣內筋的內徑變化量由下式獲得：(R’-R)/R，其中，R’表示變形后內筋的內徑，該數值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得；R表示變形前內筋的內徑，該數值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得；

所述的摩擦因子標定曲線的獲得方式是：根據加工成外側帶有凸臺的圓環結構的待測工件的名義尺寸，建立有限元模型，依據待測工件的材料數據，在待測工件與平面模具接觸表設定剪切摩擦因子，模擬工件壓縮變形過程，提取變形后外凸臺外徑隨變形后高度變化的歷史數據，計算外凸臺外徑變化量與高度的相對縮減量，從而獲得摩擦因子標定曲線。

技術效果