熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】一種熱塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】的熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測(cè)試裝置，從上至下依次設(shè)置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中：上模座和上模塊相互固定，定位圈設(shè)置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設(shè)中心孔。本實(shí)用新型能夠定量測(cè)試熱成形中模具與工件之間的摩擦因子。
【專利說明】熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種熱塑性成形【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體是一種利用鐓擠變形方式定量測(cè)試熱鍛中摩擦因子的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]熱成形過程中，摩擦常常伴隨有塑性變形，稱為塑性摩擦，它比機(jī)械摩擦更為復(fù)雜和劇烈。熱塑性成形中工件與模具接觸界面常常伴有熱交換，同時(shí)工件表面的氧化皮，工件承受的較高表面壓力以及新生表面的出現(xiàn)等，這些因素均增加了熱塑性成形中摩擦的復(fù)雜性。摩擦邊界直接影響著應(yīng)力與應(yīng)變的分布、金屬的塑性以及金屬的內(nèi)部組織與性能，還會(huì)影響壓下載荷以及模具壽命；如果邊界摩擦控制不好還會(huì)導(dǎo)致缺陷，如金屬充填不足、裂紋、不均勻變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力等。因此研究熱塑性中摩擦機(jī)理，合理利用摩擦與選擇合適的潤(rùn)滑劑，對(duì)于熱成形的精確成形，缺陷控制具有重要意義。
[0003]圓環(huán)鐓粗法是經(jīng)典的常用的塑性摩擦測(cè)試方法，一定尺寸的圓環(huán)在兩平壓頭間壓縮，利用圓環(huán)內(nèi)徑的變化率來表征摩擦系數(shù)或摩擦因子的大小。該方法的關(guān)鍵在于建立摩擦系數(shù)與圓環(huán)鐓粗時(shí)內(nèi)徑變化之間的關(guān)系曲線，即摩擦標(biāo)定曲線，標(biāo)定曲線可以通過實(shí)驗(yàn)、解析方法、有限元模擬等方法獲得。將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的圓環(huán)內(nèi)徑變化率和相應(yīng)的變形程度，放到標(biāo)定曲線圖中就可以讀出相應(yīng)的摩擦系數(shù)或摩擦因子。圓環(huán)內(nèi)徑測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)獲得的具體的摩擦因子數(shù)值起著至關(guān)重要的影響，但是由于圓環(huán)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，增加了變形后關(guān)鍵尺寸內(nèi)徑測(cè)量的難度。此外，實(shí)驗(yàn)中變形后塑性失穩(wěn)的圓環(huán)內(nèi)孔輪廓形狀不規(guī)則更增加了測(cè)量的難度。同時(shí)，在實(shí)際熱成形過程中，金屬常常要進(jìn)行復(fù)雜的變形和流動(dòng)，但是圓環(huán)鐓粗法中金屬主要沿著模具做水平流動(dòng)并沒有金屬流入模具的變形過程，變形路徑較為簡(jiǎn)單；同時(shí)新生成表面比率較低，不適合用于測(cè)試復(fù)雜熱成形過程中的摩擦。
[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)CN103612415，
【公開日】2014_3_5，記載了一種熱塑性成形摩擦特性參數(shù)的測(cè)試裝置，所述測(cè)試裝置包括上模部分和下模部分；上模部分由上模板、上模塊、上隔熱環(huán)、螺釘和銷釘組成，上模板是外形為圓形或矩形的厚板，厚板下表面的中間有一個(gè)圓形凹槽，圓形凹槽的底面與上模板的上表面之間有臺(tái)階狀通孔和圓形通孔；上模塊為圓柱體，材料與實(shí)際熱塑性成形模具所用的材料相一致，所述圓柱體的頂面與上模板的圓形凹槽的底面貼合，且軸心與上模板圓形凹槽的軸心對(duì)齊。但該現(xiàn)有技術(shù)依舊利用的是圓環(huán)鐓粗法的變形原理，僅是對(duì)測(cè)試裝置的模具做了改進(jìn)，使其可以對(duì)鍛造溫度進(jìn)行控制，而沒有對(duì)圓環(huán)內(nèi)徑難于測(cè)量的問題做出改進(jìn)；而且裝置設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，由于下模塊開有盲孔放置熱電偶，這將削弱下模塊的強(qiáng)度，容易引起下模塊失效。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測(cè)試裝置，能夠測(cè)試熱成形中模具與工件之間的摩擦因子。
[0006]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括:從上至下依次設(shè)置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中:上模座和上模塊相互固定，定位圈設(shè)置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設(shè)中心孔。
[0007]所述的定位圈的中部與下模塊活動(dòng)連接，前端部的內(nèi)側(cè)為圓弧結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的活動(dòng)連接是指:下模塊的上表面分別設(shè)有連接銷和限位銷，其中:連接銷與定位圈相連，限位銷設(shè)置于連接銷的正上方。
[0009]所述的定位圈的前端部?jī)?nèi)側(cè)的圓弧結(jié)構(gòu)的直徑等于工件加熱后的直徑，圓弧結(jié)構(gòu)的圓心與下模塊的中心孔的圓心重合。
[0010]所述的下模塊包括內(nèi)模和外模，其中:內(nèi)模固定于外模的內(nèi)部，內(nèi)模的中部開設(shè)中心孔，定位圈與內(nèi)模的上表面相連，外模與下模座相固定。
[0011]所述的內(nèi)模的中心孔的內(nèi)表面開有脫模斜度，中心孔的頂部開有圓角結(jié)構(gòu)，底部開有階梯孔。
[0012]所述的外模的中心與下模座的中心分別開有中心通孔。
[0013]所述的上模與內(nèi)模為中心正對(duì)。
[0014]技術(shù)效果
[0015]與現(xiàn)有測(cè)試裝置相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0016]1、模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)工件尺寸測(cè)量簡(jiǎn)單，不存在工件形狀不穩(wěn)定的情況，測(cè)試裝置施用簡(jiǎn)單易行；
[0017]2、變形過程更接近實(shí)際的熱成形過程，金屬流動(dòng)路徑不僅包括沿著模具的水平流動(dòng)，還有流入內(nèi)模的中心孔的流動(dòng)過程；
[0018]3、有新生表面生成，更接近體積成形的變形特點(diǎn)；
[0019]4、采用內(nèi)模與外模的組合形式，方便內(nèi)模的更換，降低模具的更換成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實(shí)施例1的定位圈定位工件示意圖；
[0022]圖3為實(shí)施例1的內(nèi)模結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為工件變形前后圖；
[0024]圖5為摩擦標(biāo)定曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(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，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]如圖1所示,本實(shí)施例包括:從上至下依次設(shè)置的上模座2、上模塊3、定位圈5、下模塊和下模座8,其中:上模座2和上模塊3相互固定,定位圈5設(shè)置于下模塊的上表面，下模塊與下模座8相固定；下模塊的中部開設(shè)中心孔12。
[0028]如圖2所示，所述的定位圈5的中部與下模塊活動(dòng)連接，前端部的內(nèi)側(cè)為圓弧結(jié)構(gòu)。
[0029]所述的活動(dòng)連接是指:下模塊的上表面分別設(shè)有連接銷11和限位銷10，其中:連接銷11與定位圈5相連，限位銷10設(shè)置于連接銷的正上方。
[0030]所述的定位圈5的前端部?jī)?nèi)側(cè)的圓弧結(jié)構(gòu)的直徑等于工件4加熱后的直徑，圓弧結(jié)構(gòu)的圓心與下模塊的中心孔12的圓心重合。
[0031]所述的下模塊包括內(nèi)模9和外模6,其中:內(nèi)模9固定于外模6的內(nèi)側(cè)中部，內(nèi)模9的中部開設(shè)中心孔12,定位圈5與內(nèi)模9的上表面相連，外模6與下模座8相固定。
[0032]所述的下模塊也可以是一完整模塊的形式。
[0033]如圖3所示，所述的內(nèi)模9的中心孔12的內(nèi)表面開有脫模斜度，中心孔12的頂部開有圓角結(jié)構(gòu)，底部開有階梯孔。
[0034]所述的外模6的中心與下模座8的中心分別開有中心通孔。
[0035]所述的上模與內(nèi)模9為豎直正對(duì)。
[0036]上模座2和上模塊3由上螺釘1固定，外模6與下模座8由下螺釘7固定。
[0037]測(cè)試過程包含以下步驟:
[0038]1、裝載模具到壓機(jī)上，先將下模部分用螺栓和壓板固定在壓機(jī)臺(tái)面上，然后將上模部分與下模部分閉合，上模與內(nèi)模9對(duì)正，然后利用螺釘和壓板將上模座2固定到壓機(jī)滑塊上。安裝定位銷、定位圈5。預(yù)設(shè)壓機(jī)壓下量和壓下速度。
[0039]2、將外徑D = 59mm,高度HO = 20mm的工件4放到加熱爐中加熱，工件4均熱即可。
[0040]3、進(jìn)行潤(rùn)滑處理，采用現(xiàn)有的潤(rùn)滑介質(zhì)與潤(rùn)滑方式對(duì)工件4或模具表面進(jìn)行潤(rùn)滑。
[0041]4、將工件4從加熱爐中取出，記錄出爐溫度，放于下模塊上表面中心位置，定位圈5緊貼內(nèi)圍定位銷，工件4與定位圈5的圓弧處貼合則保證工件4位于中心位置。定位完成后將定位圈5繞著定位銷轉(zhuǎn)動(dòng)90°后離開工件4。
[0042]5、開動(dòng)壓力機(jī)，上模壓下完成工件4的鐓擠過程，取出工件4，淬火。
[0043]6、測(cè)量工件4鐓擠后的圓盤處厚度，和中心凸起的高度，計(jì)算壓下率和凸起高度比率。壓下率計(jì)算公式:OVH’) /H0,其中^為工件4初始高度，該數(shù)值在工件4變形前測(cè)量獲得；H’為工件4鐓擠變形圓盤位置的厚度，該數(shù)值在工件4變形后測(cè)量獲得，如圖4所示。凸起高度比率計(jì)算公式A/U，其中，h表示變形后中心凸起頂端到圓盤下底面的距離，該數(shù)值在工件4變形后測(cè)量獲得。將測(cè)得的數(shù)據(jù)與圖5所示的摩擦標(biāo)定曲線進(jìn)行對(duì)比，得出摩擦系數(shù)或摩擦因子。
[0044]7、重復(fù)以上過程，取三次試驗(yàn)的平均值作為摩擦系數(shù)或摩擦因子的測(cè)試結(jié)果。
[0045]所述的摩擦因子標(biāo)定曲線的獲得方式是:按照加工成的上模塊和帶有中心孔的內(nèi)模的名義尺寸，建立有限元模型。輸入待測(cè)工件的材料數(shù)據(jù)，設(shè)置待測(cè)工件與模具的接觸條件:設(shè)定剪切摩擦因子或摩擦系數(shù)。設(shè)置上模壓下速度和壓下量，模擬工件鐓擠變形過程，最后提取變形后凸起高度隨壓下行程變化的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算高度比率與壓下率，從而獲得摩擦因子或摩擦系數(shù)標(biāo)定曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測(cè)試裝置，其特征在于，包括:從上至下依次設(shè)置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中:上模座和上模塊相互固定，定位圈設(shè)置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設(shè)中心孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的定位圈與下模塊活動(dòng)連接，前端部的內(nèi)側(cè)為圓弧結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是，所述的活動(dòng)連接是指:下模塊的上表面分別設(shè)有連接銷和限位銷，其中:連接銷與定位圈相連，限位銷設(shè)置于連接銷的內(nèi)環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征是，所述的定位圈的前端部?jī)?nèi)側(cè)的圓弧結(jié)構(gòu)的直徑等于工件加熱后的直徑，圓弧結(jié)構(gòu)的圓心與下模塊的中心孔的圓心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征是，所述的下模塊包括內(nèi)模和外模，其中:內(nèi)模固定于外模的內(nèi)側(cè)中部，內(nèi)模的中部開設(shè)中心孔，定位圈與內(nèi)模的上表面相連，外模與下模座相固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是，所述的內(nèi)模的中心孔的內(nèi)表面開有脫模斜度，中心孔的頂部開有圓角結(jié)構(gòu)，底部開有階梯孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是，所述的外模的中心與下模座的中心分別開有中心通孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是，所述的上模與內(nèi)模為中心對(duì)正。
【文檔編號(hào)】G01N19/02GK204064874SQ201420482511
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】張洋洋, 崔振山, 肖艷紅 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)