热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法技术

一种热塑性成形技术领域的热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法，首先将由上、下模部分组成的模具固定于压机上，然后对工件进行加热；并对工件和/或模具表面进行润滑；再读取工件温度并将其置于下模部分、定位；开动压力机，使上模部分压下以实现对工件的镦挤过程，然后取出带有凸起的圆盘状的工件并淬火；测量工件镦挤后的圆盘处厚度和中心凸起的高度，计算压下率和凸起高度比率并与摩擦标定曲线进行对比，得出摩擦系数或摩擦因子；重复以上过程至少三次，取三次试验摩擦因子平均值作为摩擦系数或摩擦因子的测试结果。本发明专利技术变形过程更接近实际的热成形过程，在保持测试精度的前提下，考虑到金属流动路径包括水平流动和流入模孔的流动过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种热塑性成形
的方法，具体是一种利用镦挤变形方式定量测试热锻中摩擦因子的方法。
技术介绍
热成形过程中，摩擦常常伴随有塑性变形，称为塑性摩擦，它比机械摩擦更为复杂和剧烈。热塑性成形中工件与模具接触界面常常伴有热交换，同时工件表面的氧化皮，工件承受的较高表面压力以及新生表面的出现等，这些因素均增加了热塑性成形中摩擦的复杂性。摩擦边界直接影响着应力与应变的分布、金属的塑性以及金属的内部组织与性能，还会影响压下载荷以及模具寿命；如果边界摩擦控制不好还会导致缺陷，如金属充填不足、裂纹、不均匀变形产生的附加应力和残余应力等。因此研究热塑性中摩擦机理，合理利用摩擦与选择合适的润滑剂，对于热成形的精确成形，缺陷控制具有重要意义。 圆环镦粗法是经典的常用的塑性摩擦测试方法，一定尺寸的圆环在两平压头间压缩，利用圆环内径的变化率来表征摩擦系数或摩擦因子的大小。该方法的关键在于建立摩擦系数与圆环镦粗时内径变化之间的关系曲线(即摩擦标定曲线)，标定曲线可以通过检测、解析方法、有限元模拟等方法获得。将检测测得的圆环内径变化率和相应的变形程度，放到标定曲线图中就可以读出相应的摩擦系数或摩擦因子。圆环内径测量的准确性对获得的具体的摩擦因子数值起着至关重要的影响，但是由于圆环的鼓形效应，低摩擦时内径向外鼓，高摩擦时内径向内鼓，增加了变形后关键尺寸内径测量的难度。此外，检测中变形后塑性失稳的圆环内孔轮廓形状不规则更增加了测量的难度。同时，在实际热成形过程中，金属常常要进行复杂的变形和流动，但是圆环镦粗法中金属主要沿着模具做水平流动并没有金属流入模具的变形过程，变形路径较为简单；同时新生成表面比率较低，不适合用于测试复杂热成形过程中的摩擦。 1998年，X.TAN等人提出了一种圆环镦粗法圆环形试样的改良办法，将变形工件形状截面改为内凹形和外凸形，如图1所示。通过改良，可以扩大圆环镦粗法的适用范围，可以测试较高表面压力和较低表面压力下的摩擦因子。但是这种改良并未从根本上改进圆环镦粗法金属的流动方式，金属变形依旧只是沿着模具做水平方向流动，变形路径简单。 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103612415A公开(公告)日2014.03.05，公开了一种热塑性成形摩擦特性参数的测试装置与测试方法，属于材料成形领域。所述测试装置包括上模部分和下模部分，上模部分由上模板、上模块、上隔热环、螺钉和销钉组成，下模部分由下模板、下模块、下隔热环、弹簧、电加热丝、石棉隔热板、热电偶测温计、螺钉和销钉组成。工作时，利用电加热丝对测试装置加热，热电偶测温计实时读取坯料和下模块的温度；下隔热环外壁插入上隔热环内壁并保持滑动配合，不仅对上模部分起导向作用，同时通过上、下隔热环和石棉隔热板大大减小坯料以及下模块的散热；利用圆环镦粗法进行摩擦系数和摩擦因子的测试。但该方法依旧利用的是圆环镦粗法的变形原理，仅是对锻造温度的控制做出了改进，而没有对圆环内径难于测量的问题做出改进；而且装置设计复杂，由于下模开有盲孔放置热电偶，这将削弱下模的强度，容易引起下模失效。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法，变形过程更接近实际的热成形过程，在保持测试精度的前提下，考虑到金属流动路径包括水平流动和流入模孔的流动过程，简化了整个测试步骤。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤： 步骤1)将由上、下模部分组成的模具固定于压机上，具体步骤为：先将下模部分固定在压机台面上，然后将上模部分与下模部分闭合，然后将上模座固定到压机滑块上。安装定位销并预设压机压下量和压下速度。 所述的上模部分优选包括：上模座和与其固定连接的上模块。 所述的下模部分优选包括：由外模和下模座构成的模座、用于放置工件的内模以及设置于内模上的定位圈；上模块与内模对正。 所述的模座包括：用于固定内模的外模以及与外模固定连接的下模座。 步骤2)对工件进行加热。 步骤3)进行润滑处理，采用现有的润滑介质与润滑方式对工件和/或模具表面进行润滑。 步骤4)记录工件出炉温度并将其置于下模部分、定位，具体步骤为：将工件置于内模上表面的中心位置，采用定位圈对工件进行定位，定位完成后，移开定位圈。 步骤5)开动压力机，使上模部分压下以实现对工件的镦挤过程，然后取出圆盘状的工件并淬火。 步骤6)测量工件镦挤后的圆盘处厚度和中心凸起的高度，计算压下率和凸起高度比率并与摩擦标定曲线进行对比，得出摩擦系数或摩擦因子。 所述的压下率为(H0-H')/H0，其中：H0为工件初始高度，该数值在工件变形前测量获得；H'为工件镦挤变形圆盘位置的厚度，该数值在工件变形后测量获得，如图5所示。 所述的凸起高度比率为h/H0，其中：h表示变形后中心凸起顶端到圆盘下底面的距离，该数值在工件变形后测量获得。 所述的摩擦标定曲线是指：以压下率为横坐标、凸起高度比率为纵坐标的曲线，该摩擦因子标定曲线的获得方式是：按照加工成的上模块和带有中心孔的内模的名义尺寸建立有限元模型，依次输入工件的材料数据、待测工件与模具的接触条件、剪切摩擦因子或摩擦系数、上模压下速度和压下量，然后通过模拟工件镦挤变形过程，并提取镦挤变形过程后凸起高度随压下行程变化的历史模拟数据，进而计算得到模拟高度比率与模拟压下率，从而获得摩擦因子或摩擦系数标定曲线。 所述的材料数据是指：有限元计算软件所需要的材料流动曲线、热物性参数。 步骤7)重复以上步骤三次，取三次检测得到的摩擦因子，并计算其算术平均值作为摩擦因子的测试结果。 技术效果 与现有技术相比，本专利技术的技术效果包括： ①模具设计简单，工件尺寸测量简单，不存在工件形状不稳定的情况，测试方法简单易行。 ②采用镦挤变形方式，变形过程更接近实际的热成形过程，金属流动路径不仅包括沿着模具的水平流动，还有流入模孔的流动过程； ③有大量的新生表面生成，更接近体积成形的变形特点。 ④采用内模与外模的组合形式，方便内模的更换，降低模具的更换成本。 附图说明 图1是改良圆环镦粗的工件形状示意图； 图2是摩擦测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)将由上、下模部分组成的模具固定于压机上，设定压机压下量与压下速度；步骤2)对工件进行加热；步骤3)对工件和/或模具表面进行润滑处理；步骤4)取出工件，并记录出炉温度，将其置于下模部分上表面、定位；步骤5)开动压力机，使上模部分压下以实现对工件的镦挤过程，然后取出圆盘状的工件并淬火；步骤6)测量工件镦挤后的圆盘处厚度和中心凸起的高度，计算压下率和凸起高度比率并与摩擦标定曲线进行对比，得出摩擦因子；步骤7)重复以上步骤三次，取三次试验得到的摩擦因子，计算其算术平均值，作为摩擦因子的测试结果。

【技术特征摘要】
1.一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将由上、下模部分组成的模具固定于压机上，设定压机压下量与压下速度；
步骤2)对工件进行加热；
步骤3)对工件和/或模具表面进行润滑处理；
步骤4)取出工件，并记录出炉温度，将其置于下模部分上表面、定位；
步骤5)开动压力机，使上模部分压下以实现对工件的镦挤过程，然后取出圆盘状的工件并
淬火；
步骤6)测量工件镦挤后的圆盘处厚度和中心凸起的高度，计算压下率和凸起高度比率并与
摩擦标定曲线进行对比，得出摩擦因子；
步骤7)重复以上步骤三次，取三次试验得到的摩擦因子，计算其算术平均值，作为摩擦因
子的测试结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的上模部分包括：上模座和与其固定连
接的上模块；所述的下模部分包括：由外模和下模座构成的模座、用于放置工件的内模以及设
置于内模上的定位圈；上模块与内模对正。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤1)具体为：先将下模部分固定在
压机台面上，然后将上模部分与下模部分闭合，然后将上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋洋，崔振山，肖艳红，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31