基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法
【專利摘要】一種塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】的基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法，首先將待測工件材料加工成內(nèi)側(cè)帶內(nèi)筋的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸比例為：外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度的比例為3/2/1/0.2/0.2；然后進(jìn)行潤滑處理；再將該待測工件材料于平面模具中進(jìn)行壓縮變形，并控制工件材料高度的相對(duì)縮減量在40%-55%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的試樣內(nèi)筋的內(nèi)徑變化量與高度的相對(duì)縮減量查詢摩擦因子標(biāo)定曲線，以確定潤滑處理后待測工件材料與模具的摩擦因子；本發(fā)明避免了傳統(tǒng)圓環(huán)鐓粗法中由內(nèi)孔不穩(wěn)定變形導(dǎo)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(zhǔn)確性，同時(shí)不需要使用像雙杯擠壓那樣復(fù)雜的模具裝置。
【專利說明】基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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(dòng)使得摩擦產(chǎn)生，摩擦本身是一種非常復(fù)雜的物理現(xiàn)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(tài)的復(fù)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(dòng)與變形均勻性、成形力的大小與能量消耗、成形件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表面質(zhì)量，以及模具使用壽命等。因此，正確理解摩擦與潤滑機(jī)理、合理利用摩擦效應(yīng)與優(yōu)選相關(guān)潤滑劑，對(duì)于體積成形工藝的順利實(shí)施與制件的批量生產(chǎn)具有重要意義。
[0003]圓環(huán)鐓粗法通過測量鐓粗前后的圓環(huán)內(nèi)徑與高度，計(jì)算內(nèi)徑與高度的相對(duì)變化量，然后查詢標(biāo)定曲線獲得具體摩擦系數(shù)或摩擦因子。因此，變形前后圓環(huán)試樣尺寸測量的準(zhǔn)確性直接影響摩擦因子的測定準(zhǔn)確性，從而影響實(shí)際摩擦與潤滑條件的評(píng)價(jià)結(jié)果。但是，圓環(huán)鐓粗過程中的鼓形效應(yīng)，低摩擦?xí)r內(nèi)徑向外鼓，高摩擦?xí)r內(nèi)徑向內(nèi)鼓，如圖1所示，增加了關(guān)鍵尺寸準(zhǔn)確測量的難度，尤其是變形后的內(nèi)徑；為了較準(zhǔn)確地測量內(nèi)徑變化，往往需要利用投影儀與求面積儀等工具或其他復(fù)雜手段進(jìn)行測量。此外，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，變形后塑性失穩(wěn)的圓環(huán)內(nèi)孔縱截面輪廓形狀不穩(wěn)定且存在多種可能性，進(jìn)一步增加了摩擦因子測定的不確定性。
[0004]雙杯擠壓法則是通過一系列雙杯擠壓試驗(yàn)并結(jié)合標(biāo)定曲線來確定不同潤滑條件下的摩擦系數(shù)，然后再進(jìn)行比較，但是雙杯擠壓的模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)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(jī)。
[0005]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN102539315，
【公開日】2012.07.04，公開了一種能快速準(zhǔn)確確定金屬在塑性成形過程中摩擦系數(shù)的方法。該方法做η組圓環(huán)鐓粗實(shí)驗(yàn):做第I組，每組3個(gè)試樣，圓環(huán)試樣的尺寸比例取外徑:內(nèi)徑:高度=3: 2: 1，壓下率在50%以下，測量試樣變形后的內(nèi)徑、外徑及高度，每一尺寸從三個(gè)不同方向測量取其均值，計(jì)算3個(gè)試樣的平均內(nèi)徑、外徑及高度；計(jì)算中性層半徑；計(jì)算摩擦因子m ;然后借助有限元模擬計(jì)算結(jié)果調(diào)整摩擦因子，獲得該組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的最佳摩擦因子；必要時(shí)，采用多組取平均的方法獲得更為準(zhǔn)確的摩擦因子。該方法雖然采用了與常用圓環(huán)鐓粗比例不同的圓環(huán)試樣，但是并未改變圓環(huán)鐓粗的變形實(shí)質(zhì)，依然存在“鼓形效應(yīng)”導(dǎo)致變形后的內(nèi)徑、夕卜徑測量的不確定性，從而導(dǎo)致后續(xù)摩擦因子計(jì)算的不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法，避免了傳統(tǒng)圓環(huán)鐓粗法中由內(nèi)孔不穩(wěn)定變形導(dǎo)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(zhǔn)確性，同時(shí)不需要使用像雙倍擠壓那樣復(fù)雜的模具裝置。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先將待測工件材料加工成內(nèi)側(cè)帶內(nèi)筋的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸比例為:外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度的比例為3/2/1/0.2/0.2 ;然后進(jìn)行潤滑處理；再將該待測工件材料于平面模具中進(jìn)行壓縮變形，并控制工件材料高度的相對(duì)縮減量在40%-55%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的試樣內(nèi)筋的內(nèi)徑變化量與高度的相對(duì)縮減量查詢摩擦因子標(biāo)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。
[0008]所述的潤滑處理，采用現(xiàn)有潤滑介質(zhì)與潤滑方法對(duì)工件材料或模具表面進(jìn)行潤滑；所述潤滑介質(zhì)是液態(tài)潤滑劑或固態(tài)潤滑劑；所述潤滑方法是機(jī)械、物理或化學(xué)的潤滑方法。
[0009]所述的壓縮變形過程中控制工件材料高度的相對(duì)縮減量的方法是:利用預(yù)設(shè)壓力機(jī)的行程或者試驗(yàn)機(jī)的壓下量，實(shí)現(xiàn)對(duì)高度的相對(duì)縮減量的控制，其中:高度的相對(duì)縮減量由下式所得:(H-H’)/H，其中，H表示變形前高度，該數(shù)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(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得。
[0010]所述的試樣內(nèi)筋的內(nèi)徑變化量由下式獲得:(R’-R)/R,其中,R’表示變形后內(nèi)筋的內(nèi)徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得；R表示變形前內(nèi)筋的內(nèi)徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得；
[0011]所述的摩擦因子標(biāo)定曲線的獲得方式是:根據(jù)加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)的待測工件的名義尺寸，建立有限元模型，依據(jù)待測工件的材料數(shù)據(jù)，在待測工件與平面模具接觸表設(shè)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(tái)外徑隨變形后高度變化的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算外凸臺(tái)外徑變化量與高度的相對(duì)縮減量，從而獲得摩擦因子標(biāo)定曲線。
技術(shù)效果
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:①在整個(gè)壓縮變形過程中，內(nèi)筋的截面內(nèi)輪廓基本不發(fā)生屈曲，截面內(nèi)輪廓可以保證垂直，而且不會(huì)出現(xiàn)向內(nèi)鼓的情況，使得變形后內(nèi)筋內(nèi)徑測量更為方便；②由于方便測量，可以有效提高測量精度，從而提高摩擦因子的測定準(zhǔn)確性，測定過程實(shí)施方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)圓環(huán)鐓粗的變形模式示意圖；
[0014]圖中:a為低摩擦，b為高摩擦。
[0015]圖2是加工成內(nèi)側(cè)帶內(nèi)筋的圓環(huán)結(jié)構(gòu)的試樣示意圖；
[0016]圖3是摩擦因子大時(shí)0.3的本發(fā)明壓縮變形模式示意圖；
[0017]圖4是摩擦因子小時(shí)0.1的本發(fā)明壓縮變形模式示意圖；
[0018]圖5是摩擦因子標(biāo)定曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0020]第一步、選用退火態(tài)的A6082鋁合金作為測試材料，如圖2所示，制備帶內(nèi)筋圓環(huán)試樣，按照外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度為3/2/1/0.2/0.2的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、內(nèi)筋高度與內(nèi)筋寬度的尺寸要求分別為18±0.lmm、12±0.lmm、6±0.1mm、1.2±0.Imm 和 1.2±0.Imm ;
[0021]第二步、測量試樣關(guān)鍵尺寸，包括試樣內(nèi)徑、高度與內(nèi)筋內(nèi)徑，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，具體值分別為12.03mm、6.02mm和9.65mm ；
[0022]第三步、潤滑準(zhǔn)備，選擇VG32潤滑油作為潤滑介質(zhì)，并使用毛刷均勻地涂覆在上、下平面模具上；
[0023]第四步、在平面模具下，進(jìn)行壓縮變形，試樣高度的相對(duì)縮減量控制在45% ；
[0024]第五步、測量經(jīng)過壓縮變形后試樣內(nèi)筋內(nèi)徑與試樣高度，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，測得具體值分別為11.59mm和3.32mm ；
[0025]第六步、計(jì)算試樣內(nèi)筋內(nèi)徑的相對(duì)變化量與試樣高度的相對(duì)縮減量，所述試樣內(nèi)筋內(nèi)徑變化量，按(變形后內(nèi)筋內(nèi)徑-變形前內(nèi)筋內(nèi)徑)/變形前試樣內(nèi)徑計(jì)算，具體值為
4.56% ;所述試樣高度相對(duì)縮減量，按(變形前高度-變形后高度)/變形前高度計(jì)算，具體值為 44.86% ；
[0026]第七步、查詢?nèi)鐖D5所示，摩擦因子標(biāo)定曲線，確定摩擦因子，具體值為0.31。 實(shí)施例2
[0027]第一步、選用退火態(tài)的1060鋁合金作為測試材料，制備如圖2所示帶內(nèi)筋圓環(huán)試樣，按照外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度為3/2/1/0.2/0.2的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、內(nèi)筋高度與內(nèi)筋寬度的尺寸要求分別為18±0.lmm、12±0.lmm、6±0.1mm、
1.2±0.Imm 和 1.2±0.Imm ;
[0028]第二步、測量試樣關(guān)鍵尺寸，包括試樣內(nèi)徑、高度與內(nèi)筋內(nèi)徑，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，具體值分別為12.06mm、6.05mm和9.64mm ；
[0029]第三步、潤滑準(zhǔn)備，選擇VG32潤滑油作為潤滑介質(zhì)，并使用毛刷均勻地涂覆在上、下平面模具上；
[0030]第四步、在平面模具下，進(jìn)行壓縮變形，試樣高度的相對(duì)縮減量控制在50% ；
[0031]第五步、測量經(jīng)過壓縮變形后試樣內(nèi)筋內(nèi)徑與試樣高度，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，測得具體值分別為11.56mm和3.02mm ；
[0032]第六步、計(jì)算試樣內(nèi)筋內(nèi)徑的相對(duì)變化量與試樣高度的相對(duì)縮減量，所述試樣內(nèi)筋內(nèi)徑變化量，按(變形后內(nèi)筋內(nèi)徑-變形前內(nèi)筋內(nèi)徑)/變形前試樣內(nèi)徑計(jì)算，具體值為
5.18% ;所述試樣高度相對(duì)縮減量，按(變形前高度-變形后高度)/變形前高度計(jì)算，具體值為 50.08% ；
[0033]第七步、查詢?nèi)鐖D5所示摩擦因子標(biāo)定曲線，確定摩擦因子，具體值為0.30。
[0034]工件材料經(jīng)過壓縮變形后，未出現(xiàn)內(nèi)徑向內(nèi)鼓的現(xiàn)象，而且內(nèi)筋截面內(nèi)輪廓基本不發(fā)生屈曲，如圖3所示，這使得內(nèi)筋內(nèi)徑測量非常方便。
實(shí)施例3
[0035]第一步、選用退火態(tài)的40Cr中碳鋼作為測試材料,制備如圖2所示帶內(nèi)筋圓環(huán)試樣，按照外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度為3/2/1/0.2/0.2的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、內(nèi)筋高度與內(nèi)筋寬度的尺寸要求分別為18±0.lmm、12±0.lmm、6±0.1mm、
1.2±0.Imm 和 1.2±0.Imm ;
[0036]第二步、測量試樣關(guān)鍵尺寸，包括試樣內(nèi)徑、高度與內(nèi)筋內(nèi)徑，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，具體值分別為12.02mm、6.0Omm和9.62mm ；
[0037]第三步、潤滑準(zhǔn)備，采用磷皂化工藝對(duì)試樣實(shí)施潤滑處理，使得試樣表面形成磷皂化潤滑層；
[0038]第四步、在平面模具下，進(jìn)行壓縮變形，試樣高度的相對(duì)縮減量控制在50% ；
[0039]第五步、測量經(jīng)過壓縮變形后試樣內(nèi)筋內(nèi)徑與試樣高度，可采用游標(biāo)卡尺3次測量取均值，測得具體值分別為12.83mm和3.0Omm ；
[0040]第六步、計(jì)算試樣內(nèi)筋內(nèi)徑的相對(duì)變化量與試樣高度的相對(duì)縮減量，所述試樣內(nèi)筋內(nèi)徑變化量，按(變形后內(nèi)筋內(nèi)徑-變形前內(nèi)筋內(nèi)徑)/變形前試樣內(nèi)徑計(jì)算，具體值為
8.42% ;所述試樣高度相對(duì)縮減量，按(變形前高度-變形后高度)/變形前高度計(jì)算，具體值為 50.0% ；
[0041]第七步、查詢?nèi)鐖D5所示摩擦因子標(biāo)定曲線，確定摩擦因子，具體值為0.10。
[0042]工件材料經(jīng)過壓縮變形后，未出現(xiàn)內(nèi)徑向內(nèi)鼓的現(xiàn)象，而且內(nèi)筋截面內(nèi)輪廓基本不發(fā)生屈曲，如圖4所示，這使得內(nèi)筋內(nèi)徑測量非常方便。
【權(quán)利要求】
1.一種基于帶內(nèi)筋圓環(huán)壓縮變形的摩擦因子測定方法，其特征在于，首先將待測工件材料加工成內(nèi)側(cè)帶內(nèi)筋的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸比例為:外徑/內(nèi)徑/高度/內(nèi)筋高度/內(nèi)筋寬度的比例為3/2/1/0.2/0.2 ;然后進(jìn)行潤滑處理；再將該待測工件材料于平面模具中進(jìn)行壓縮變形，并控制工件材料高度的相對(duì)縮減量在40%-55%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的試樣內(nèi)筋的內(nèi)徑變化量與高度的相對(duì)縮減量查詢摩擦因子標(biāo)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的壓縮變形過程中控制工件材料高度的相對(duì)縮減量的方法是:利用預(yù)設(shè)壓力機(jī)的行程或者試驗(yàn)機(jī)的壓下量，實(shí)現(xiàn)對(duì)高度的相對(duì)縮減量的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的試樣內(nèi)筋的內(nèi)徑變化量由下式獲得:(R’-R)/R，其中，R’表示變形后內(nèi)筋的內(nèi)徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得；R表示變形前內(nèi)筋的內(nèi)徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的高度的相對(duì)縮減量由下式所得:(H-H’)/H，其中，H表示變形前高度，該數(shù)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(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測量獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的摩擦因子標(biāo)定曲線的獲得方式是:根據(jù)加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)的待測工件的名義尺寸，建立有限元模型，依據(jù)待測工件的材料數(shù)據(jù)，在待測工件與平面模具接觸表設(shè)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(tái)外徑隨變形后高度變化的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算外凸臺(tái)外徑變化量與高度的相對(duì)縮減量，從而獲得摩擦因子標(biāo)定曲線。
【文檔編號(hào)】G01N19/02GK103760098SQ201410029434
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】胡成亮, 趙震 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)