一種金屬塑性成形中的摩擦因子測算方法技術

本發明專利技術公開了一種金屬塑性成形中的摩擦因子測算方法。先通過標準金屬材料拉伸試驗，獲得待測金屬材料的力學特性參數；將圓柱形工件鐓粗壓縮變形，測量工件變形前后的幾何數據；綜合力學參數及鐓粗幾何數據，計算得到鐓粗成形模具和鐓粗成形工件之間的摩擦因子。本發明專利技術提供了一種考慮材料特性的方便準確的測算方法，避免了使用曲線對比等方法帶來的不便和偏差。該技術主要針對金屬成形中的摩擦及潤滑條件的評估，在金屬成形加工技術中具有重要的應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種摩擦因子測算方法，尤其涉及。
技術介紹
在金屬塑性成形過程中，工件與模具之間的接觸摩擦普遍存在。例如在金屬鐓粗、擠壓、壓印、拉拔等典型塑性成形工藝過程中，力能消耗、變形特性和規律、模具磨損、成形產品質量和生產效率等，都和接觸摩擦條件密切相關，并受其顯著影響。因此，研究金屬塑性成形過程中摩擦問題具有重要的意義。接觸摩擦的本質極為復雜，盡管已經過幾個世紀的研究,接觸摩擦的機理仍不明確。在金屬塑性成形過程中，接觸面不同位置的摩擦因子并非一致，且在成形過程中也具有 時變特征。可見，嚴格意義上，接觸摩擦在空間上和時間上都非定值，但在理論計算和實際生產中一般都假設接觸面各位置的摩擦因子相同且不隨時間改變。所謂金屬塑性成形中的摩擦因子，可以認為是金屬塑性成形過程中的平均摩擦因子。金屬塑性成形中的摩擦因子的定義式為其中，τ為摩擦切應力I為工件金屬的剪切屈服強度。在金屬塑性成形中，摩擦因子不易直接測量，常見的測算方法主要有圓環壓縮法、雙杯擠壓法及圓柱鐓粗法。其中，圓柱鐓粗法所利用的基本原理是圓柱工件在鐓粗變形時在接觸摩擦的作用會發生側面鼓脹現象，并且，摩擦越大鼓脹越明顯，因此，圓柱鼓脹程度反映了接觸摩擦因子的大小。盡管定性上接觸摩擦因子與圓柱鼓脹程度存在著正相關關系，但定量上尚缺少一種精確的計算方法可以根據圓柱鼓脹程度方便地計算出接觸摩擦因子。一般可采用理論迭代計算方法、有限元模擬或大量實驗的方法，得出一組曲線，再將圓柱鐓粗鼓脹測量實驗結果與曲線對比，大致估計出接觸摩擦因子。由于不可能針對所有材料和所有摩擦因子的情況制作曲線，給這種方法帶來了不便和誤差。2 0 0 4 年，R. Ebrahimi 和 k · Najafizadeh 在《Journalοf Materials Processing Technology)) 雜志 第 15 2 卷第 136-143頁提出了一種摩擦因子與圓柱鐓粗鼓脹的關系模型m = R. M f 0 R. hH - 2H. Μ )，實中，#為變形后圓柱高度，為圓柱高度變形量，Δ7Ρ為變形后圓柱最大半徑(鼓脹處)與最小半徑(接觸處)之差，為變形后圓柱平均半徑；采用公式i = R9 · '/H0/H計算，其中，慫為圓柱初始半徑，慫為圓柱初始高度。該測算方法基于圓柱鐓粗前后的幾何測量數據和簡單的計算得到摩擦因子，方法簡單方便，然而，該測算方法沒有考慮材料不同的影響，而且該方法得到的摩擦因子與實際誤差頗大，誤差的主要來源有a)該方法基于圓柱鐓粗過程的上限法近似求解，在模型推導中存在大量的數學近似；b)該方法基于的物理模型只考慮了鼓脹效應，忽略了翻疊效應，而翻疊效應對于成形件的端面半徑影響頗大。可見，基于圓柱鐓粗的摩擦因子測算方法當前主要存在的問題有 (1)一般沒有能夠考慮到金屬材料不同所造成的影響； (2)測算方法在方便性和準確性上一般不能同時滿足要求。為了開發一種實用的金屬塑性成形中的摩擦因子測算方法，能夠基于圓柱鐓粗成形鼓脹輪廓的基本幾何數據，方便準確地測算出摩擦因子，進而促進金屬塑性成形理論與工藝技術的發展，對于現有的圓柱鐓粗測算摩擦因子的方法進行改進是十分必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于圓柱鐓粗法的金屬塑性成形摩擦因子測算方法。先通過標準金屬材料拉伸試驗，獲得被測工件材料的力學特性參數；將圓柱工件鐓粗壓縮變形，測量工件變形前后的幾何數據；綜合力學參數及鐓粗幾何數據，通過本專利技術所公開的公式計算，可獲得金屬塑性成形中的摩擦因子。本專利技術的基本原理是 圓柱壓縮時，如果接觸表面沒有摩擦，圓柱壓縮變形后仍然為圓柱形。但摩擦普遍存在，由于接觸表面摩擦的阻礙作用，使表面層的水平流動速度小于中心層，因而導致出現側面鼓脹。從能量的角度來解釋，金屬塑性變形過程中材料的流動趨向于耗能較小的方式，產生側面鼓脹可以使得接觸面相對滑動減少，減小了摩擦阻耗，另一方面，鼓脹使得材料變形程度增大，變形阻耗增大，因此，鼓脹程度也受到了限制?？梢姡瑘A柱形金屬鐓粗成形中鼓脹現象的產生以及鼓脹程度的大小，可以看作是摩擦阻耗和變形阻耗的共同作用結果。由于接觸摩擦的復雜性以及應力分布的不均勻性，塑性成形過程幾乎不可能得到完全解，常采用上限法求出近似解。在一定近似假設條件下，圓柱金屬鐓粗鼓脹也可得到簡潔的近似解，然而該方法未考慮鐓粗過程中的翻疊現象，也未考慮材料影響因素，因此誤差較大?？紤]到塑性成形問題的復雜性，可通過有限元仿真模擬出多種參數情況下的圓柱鐓粗變形，通過對于模擬結果的分析、比較和建模，可以獲得圓柱金屬鐓粗鼓脹輪廓參數與接觸面摩擦因子的關系式。本專利技術基于此關系式，設計了基于圓柱鐓粗法的金屬塑性成形摩擦因子測算方法。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是 ，該方法包括以下各步驟 1)采用待測金屬材料制作拉伸試驗試樣，采用標準金屬材料拉伸試驗方法，測得待測金屬材料的應變強化系數； 2)采用待測模具材料制作鐓粗成形模具，包括鐓粗成形上模和鐓粗成形下模，將鐓粗成形模具安裝在萬能材料試驗機上，在鐓粗成形模具上涂覆待測潤滑劑； 3)采用待測金屬材料制作高度和直徑相等的待鐓粗圓柱形工件，并測得待鐓粗圓柱形工件的實際高度慫； 4)將待鐓粗圓柱形工件作為鐓粗成形工件，并且平放在鐓粗成形下模的中心位置； 5)進行鐓粗成形試驗控制鐓粗成形上模以恒定進給速度向下移動并壓縮鐓粗成形工件，當鐓粗成形工件的高度減小至慫/2時停止壓縮，在壓縮過程中鐓粗成形工件的應變率在O. 001 O. 02/s范圍內；6)測量鐓粗后工件的幾何尺寸，包括高度仏兩端平面直徑和，鼓脹最大處直徑Al ; 7)計算鐓粗后工件的鼓脹系數β二 (JK— DJ2 — DJ2) /H ； 8)基于試驗測得的待測金屬材料的應變強化系數和鐓粗后工件的鼓脹系數盧，通過以下公式計算得到鐓粗成形模具和鐓粗成形工件之間的摩擦因子《 : 式中,權利要求1.，其特征在于，該方法包括以下各步驟 1)采用待測金屬材料制作拉伸試驗試樣，采用標準金屬材料拉伸試驗方法，測得待測金屬材料的應變強化系數； 2)采用待測模具材料制作鐓粗成形模具，包括鐓粗成形上模和鐓粗成形下模，將鐓粗成形模具安裝在萬能材料試驗機上，在鐓粗成形模具上涂覆待測潤滑劑； 3)采用待測金屬材料制作高度和直徑相等的待鐓粗圓柱形工件，并測得待鐓粗圓柱形工件的實際高度慫； 4)將待鐓粗圓柱形工件作為鐓粗成形工件，并且平放在鐓粗成形下模的中心位置； 5)進行鐓粗成形試驗控制鐓粗成形上模以恒定進給速度向下移動并壓縮鐓粗成形工件，當鐓粗成形工件的高度減小至慫/2時停止壓縮，在壓縮過程中鐓粗成形工件的應變 率在O. OOl O. 02/s范圍內； 6)測量鐓粗后工件的幾何尺寸，包括高度仏兩端平面直徑和叢2，鼓脹最大處直徑Al ; 7)計算鐓粗后工件的鼓脹系數β二 (JK— DJ2 — DJ2) /H ； 8)基于試驗測得的待測金屬材料的應變強化系數和鐓粗后工件的鼓脹系數盧，通過以下公式計算得到鐓粗成形模具和鐓粗成形工件之間的摩擦因子《 : IP = I - cq>,式中，= 0.057+1.816. m0'427 -(1208. w , c = 1.305 +1,25本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬塑性成形中的摩擦因子測算方法，其特征在于，該方法包括以下各步驟：1)?采用待測金屬材料制作拉伸試驗試樣，采用標準金屬材料拉伸試驗方法，測得待測金屬材料的應變強化系數n；2)?采用待測模具材料制作鐓粗成形模具，包括鐓粗成形上模和鐓粗成形下模，將鐓粗成形模具安裝在萬能材料試驗機上，在鐓粗成形模具上涂覆待測潤滑劑；3)?采用待測金屬材料制作高度和直徑相等的待鐓粗圓柱形工件，并測得待鐓粗圓柱形工件的實際高度H0；4)?將待鐓粗圓柱形工件作為鐓粗成形工件，并且平放在鐓粗成形下模的中心位置；5)?進行鐓粗成形試驗：控制鐓粗成形上模以恒定進給速度向下移動并壓縮鐓粗成形工件，當鐓粗成形工件的高度減小至H0/2時停止壓縮，在壓縮過程中鐓粗成形工件的應變率在0.001～0.02/s范圍內；6)?測量鐓粗后工件的幾何尺寸，包括：高度H，兩端平面直徑Dc1和Dc2，鼓脹最大處直徑Dm；7)?計算鐓粗后工件的鼓脹系數β=(Dm－Dc1/2－Dc2/2)/H；8)?基于試驗測得的待測金屬材料的應變強化系數n和鐓粗后工件的鼓脹系數β，通過以下公式計算得到鐓粗成形模具和鐓粗成形工件之間的摩擦因子m：，式中，，。715786dest_path_image002.jpg,318412dest_path_image004.jpg,35833dest_path_image006.jpg...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅德慶，姚喆赫，沈輝，陳子辰，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：