冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法
【專利摘要】一種塑性成形中模具與工件之間的摩擦條件測(cè)定領(lǐng)域的冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法，首先將待測(cè)工件材料加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的尺寸比例為：外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度之比為6/3/2/0.4/0.4；然后進(jìn)行潤(rùn)滑處理；再將該待測(cè)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30%-50%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的外凸臺(tái)外徑的相對(duì)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(rùn)滑處理后待測(cè)工件材料與模具接觸面的摩擦因子；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(cè)量困難與摩擦因子測(cè)定的不確定性，有效提高摩擦因子測(cè)定的準(zhǔn)確性。
【專利說明】冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種塑性成形中模具與工件之間的摩擦條件測(cè)定【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冷鍛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，而冷鍛塑性變形過程中不斷形成的新生表面更是增加了其摩擦與潤(rùn)滑狀態(tài)的復(fù)雜性。摩擦與潤(rùn)滑條件作為冷鍛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(rùn)滑機(jī)理、合理利用摩擦效應(yīng)與優(yōu)選相關(guān)潤(rùn)滑齊U，對(duì)于冷鍛工藝的順利實(shí)施與冷鍛件的批量生產(chǎn)具有重要意義。
[0003]圓環(huán)鐓粗法通過測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響摩擦因子的測(cè)定準(zhǔn)確性，從而影響實(shí)際摩擦與潤(rùn)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(cè)量的難度，尤其是變形后的內(nèi)徑；為了較準(zhǔn)確地測(cè)量?jī)?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(cè)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(cè)定的不確定性。
[0004]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102539315，
【公開日】2012.07.04，記載了一種能快速準(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(cè)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(cè)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(cè)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】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法，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(cè)量困難與摩擦因子測(cè)定的不確定性，有效提高摩擦因子測(cè)定的準(zhǔn)確性。
[0006]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(cè)工件材料加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的尺寸比例為:外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度之比為6/3/2/0.4/0.4 ;然后進(jìn)行潤(rùn)滑處理；再將該待測(cè)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30%-50%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的外凸臺(tái)外徑的相對(duì)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(rùn)滑處理后待測(cè)工件材料與模具接觸面的摩擦因子。
[0007]所述潤(rùn)滑處理，采用現(xiàn)有潤(rùn)滑介質(zhì)與潤(rùn)滑方法對(duì)工件材料或模具表面進(jìn)行潤(rùn)滑；所述潤(rùn)滑介質(zhì)是液態(tài)潤(rùn)滑劑或固態(tài)潤(rùn)滑劑；所述潤(rùn)滑方法是機(jī)械、物理或化學(xué)的潤(rùn)滑方法。
[0008]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。
[0009]待測(cè)工件材料壓縮變形前后的外凸臺(tái)外徑變化量由下式所得:(Q’-Q)/R，其中，Q’表示變形后外凸臺(tái)外徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測(cè)量獲得；Q表示變形前外凸臺(tái)外徑，R表變形前圓環(huán)外徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形前測(cè)量獲得。
[0010]待測(cè)工件材料壓縮變形前后的高度的相對(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(cè)量獲得表示變形后高度，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測(cè)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(cè)工件的名義尺寸，建立有限元模型，依據(jù)待測(cè)工件的材料數(shù)據(jù)，在待測(cè)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]與傳統(tǒng)的圓環(huán)鐓粗法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):①在整個(gè)壓縮變形過程中，外凸臺(tái)保持剛性平移，避免了圓環(huán)鐓粗法測(cè)試過程中內(nèi)孔的不穩(wěn)定變形；②與內(nèi)徑測(cè)量相比，夕卜徑測(cè)量更為容易，可直接采用游標(biāo)卡尺測(cè)量；③由于外凸臺(tái)形狀基本保持穩(wěn)定，有利于提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而有效提高摩擦因子的測(cè)定準(zhǔn)確性。
【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是本發(fā)明加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)的待測(cè)工件示意圖；
[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(cè)試工件材料，如圖2所示，按照外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度為6/3/2/0.4/0.4的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、外凸臺(tái)高度與外凸臺(tái)寬度的尺寸要求分別為18±0.lmm、9±0.lmm、6±0.1mm、1.2±0.Imm 和 1.2±0.Imm ;
[0021]第二步、測(cè)量待測(cè)材料關(guān)鍵尺寸，包括待測(cè)材料外徑、高度與外凸臺(tái)外徑，用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，具體值分別為18.03mm、6.02mm和20.42mm ；
[0022]第三步、潤(rùn)滑準(zhǔn)備，選擇VG32潤(rùn)滑油作為潤(rùn)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，待測(cè)材料高度的相對(duì)縮減量控制在40% ；
[0024]第五步、測(cè)量經(jīng)過壓縮變形后待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑與高度，可采用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，測(cè)得具體值分別為23.97mm和3.61mm ；
[0025]第六步、計(jì)算待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑的相對(duì)變化量與高度的相對(duì)縮減量，所述外凸臺(tái)外徑變化量，按(變形后外凸臺(tái)外徑-變形前外凸臺(tái)外徑)/變形前外徑計(jì)算，具體值為19.70% ;所述高度相對(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40.03% ；
[0026]第七步、如圖5所示，查詢標(biāo)定曲線，確定摩擦系數(shù)，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(cè)試工件材料，按照外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度為6/3/2/0.4/0.4的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、外凸臺(tái)高度與外凸臺(tái)寬度的尺寸要求分別為18±0.1mm、9±0.1mm、6±0.1mm、1.2±0.Imm和1.2±0.1mm ；
[0028]第二步、測(cè)量待測(cè)材料關(guān)鍵尺寸，包括待測(cè)材料外徑、高度與外凸臺(tái)外徑，可采用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，具體值分別為18.01mm、6.03mm和20.41mm ；
[0029]第三步、潤(rùn)滑準(zhǔn)備，選擇VG32潤(rùn)滑油作為潤(rùn)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，待測(cè)材料高度的相對(duì)縮減量控制在45% ；
[0031]第五步、測(cè)量經(jīng)過壓縮變形后待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑與高度，可采用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，測(cè)得具體值分別為24.65mm和3.31mm ；
[0032]第六步、計(jì)算待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑的相對(duì)變化量與高度的相對(duì)縮減量，所述外凸臺(tái)外徑變化量，按(變形后外凸臺(tái)外徑-變形前外凸臺(tái)外徑)/變形前外徑計(jì)算，具體值為23.54% ;所述高度相對(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45.11% ；
[0033]第七步、如圖5所示，查詢標(biāo)定曲線，確定摩擦系數(shù)，具體值為0.30。
[0034]工件材料經(jīng)過壓縮變形后，盡管內(nèi)徑向內(nèi)鼓，但是外凸臺(tái)基本未發(fā)生變形，如圖3所示，這使得外凸臺(tái)外徑測(cè)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(cè)試工件材料，按照外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度為6/3/2/0.4/0.4的進(jìn)行加工，具體外徑、內(nèi)徑、高度、外凸臺(tái)高度與外凸臺(tái)寬度的尺寸要求分別為18±0.1mm、9±0.1mm、6±0.1mm、1.2±0.Imm和
1.2±0.1mm ；
[0036]第二步、測(cè)量待測(cè)材料關(guān)鍵尺寸，包括待測(cè)材料外徑、高度與外凸臺(tái)外徑，可釆用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，具體值分別為18.03mm、6.0Omm和20.43mm ；
[0037]第三步、潤(rùn)滑準(zhǔn)備，采用磷皂化工藝對(duì)待測(cè)材料實(shí)施潤(rùn)滑處理，使得待測(cè)材料表面形成磷皂化潤(rùn)滑層；
[0038]第四步、在平面模具下，進(jìn)行壓縮變形，待測(cè)材料高度的相對(duì)縮減量控制在50% ；
[0039]第五步、測(cè)量經(jīng)過壓縮變形后待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑與高度，用游標(biāo)卡尺3次測(cè)量取均值，測(cè)得具體值分別為26.25mm和3.0Omm ；
[0040]第六步、計(jì)算待測(cè)材料外凸臺(tái)外徑的相對(duì)變化量與高度的相對(duì)縮減量，所述外凸臺(tái)外徑變化量，按(變形后外凸臺(tái)外徑-變形前外凸臺(tái)外徑)/變形前外徑計(jì)算，具體值為37.28% ;所述高度相對(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、如圖5所示，查詢標(biāo)定曲線，確定摩擦系數(shù)，具體值為0.10。
[0042]工件材料經(jīng)過壓縮變形后，盡管內(nèi)徑向外鼓，但是外凸臺(tái)基本未發(fā)生變形，如圖4所示，這使得外凸臺(tái)外徑測(cè)量非常方便。
【權(quán)利要求】
1.一種冷鍛摩擦與潤(rùn)滑條件的定量測(cè)試方法，其特征在于，首先將待測(cè)工件材料加工成外側(cè)帶有凸臺(tái)的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的尺寸比例為:外徑/內(nèi)徑/高度/外凸臺(tái)高度/外凸臺(tái)寬度之比為6/3/2/0.4/0.4 ;然后進(jìn)行潤(rùn)滑處理；再將該待測(cè)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30%-50%以內(nèi)；依據(jù)計(jì)算所得工件材料壓縮變形前后的外凸臺(tái)外徑的相對(duì)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(rùn)滑處理后待測(cè)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，所述的待測(cè)工件材料壓縮變形前后的外凸臺(tái)外徑變化量由下式所得:(Q’ _9)/1?，其中，9’表示變形后外凸臺(tái)外徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測(cè)量獲得；Q表示變形前外凸臺(tái)外徑，R表變形前圓環(huán)外徑，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形前測(cè)量獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的待測(cè)工件材料壓縮變形前后的高度的相對(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(cè)量獲得表示變形后高度，該數(shù)值在比例加工后、壓縮變形后測(cè)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(cè)工件的名義尺寸，建立有限元模型，依據(jù)待測(cè)工件的材料數(shù)據(jù)，在待測(cè)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)】G01N19/02GK103760099SQ201410029834
【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)