金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；加载模块用于对背张加载模块施加压边力；背张加载模块包括上压边块、下压边块和摩擦力传感器；低温测试模块包括上低温腔、下低温腔、模具辊、圆形法兰、方形法兰、圆形支架和方形支架；伺服牵引模块包括伺服电动机Ⅱ、伺服电动缸Ⅱ、拉力传感器和楔形夹具；数据采集处理系统包括多通道数据采集卡和计算机；自增压低温罐内贮存有超低温介质，连通至模具辊内部。本发明专利技术解决了现有技术缺少考虑低温条件的板材成形摩擦系数测量装置与方法的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法
本专利技术涉及金属板材摩擦性能测试
，具体涉及一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法。
技术介绍
拉深工艺作为金属板材的一种重要成形方法，在航空航天、国防军工、汽车制造、轨道交通等领域广泛应用。金属板材拉深成形过程中，板材与凹模圆角或凸模圆角接触的区域称为圆角区，圆角区摩擦系数不仅影响板材的起皱、开裂、回弹，还影响板材成形过程数值计算的准确性。与室温相比，低温下金属材料的强度塑性增强，超低温拉深工艺可显著提高板材的成形极限，但增大了圆角区摩擦系数的测量难度。目前，圆角区摩擦系数主要通过旋转或往复式摩擦磨损试验机测量，不能反映板材成形过程的表面摩擦特性。此外，已经发表的圆角区摩擦系数测量方法，也不适用于超低温拉深成形过程。中国专利ZL201510526761.5公开了一种热冲压成形过程单面摩擦系数测试装置及测试方法，该方法通过圆柱面凸模与板条试样的滑动接触，模拟凹模圆角或者凸模圆角与板条试样之间的摩擦情况，通过测量法向压力和水平拉力计算摩擦系数。但该方法圆柱面凸模与板条试样之间的接触为线接触，存在很大的局部效应，无法反应真实的摩擦状态。另外，板材与凹模圆角和凸模圆角间的接触存在较大差别，不能用一种运动方式代替。中国专利ZL201710526571.2公开了一种摩擦系数测定装置及设备，在此基础上，中国专利ZL201710527994.6提出了一种摩擦系数的测定方法。上述专利通过两个测定单元对两段相互连接的板材施加拉力和压力，两段板材相对于测定装置滑动，同时模拟法兰区和凹模圆角区的摩擦情况，根据测力值分别检测出法兰区和凹模圆角区的摩擦系数。但上述装置和方法只适用于室温条件下的摩擦系数测量。金属板材超低温拉深成形过程中，模具-板材接触界面的摩擦特性会随温度的变化而改变。现有的板材成形摩擦系数测量装置，主要针对室温或高温条件设计，考虑低温条件的摩擦测试装置和方法尚处空白，有待进一步探索。
技术实现思路
根据上述提出现有技术缺少考虑低温条件的板材成形摩擦系数测量装置与方法的技术问题，而提供金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法，能够实现金属板材超低温拉深成形过程中，圆角区摩擦系数的精准测量。本专利技术采用的技术手段如下：一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；所述加载模块用于对所述背张加载模块施加压边力；所述加载模块与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元能够调节所述加载模块对所述背张加载模块施加的压边力；所述加载模块包括压力传感器Ⅱ，用于检测所述加载模块施加于所述背张加载模块的压边力；所述背张加载模块包括上压边块、下压边块、垫块、压边固定块、连接块Ⅲ、关节轴承、螺杆、连接块Ⅱ、摩擦力传感器、连接侧板和L形侧板；所述上压边块上表面与所述加载模块接触；所述下压边块和所述垫块与所述压边固定块固定连接，所述压边固定块与所述支撑板Ⅱ固定连接；所述摩擦力传感器一端与所述连接侧板固定连接，另一端与所述连接块Ⅱ固定连接；所述L形侧板与所述支撑板Ⅱ固定连接，所述连接侧板固定安装于所述L形侧板；所述连接块Ⅲ与所述上压边块固定连接，所述连接块Ⅱ和连接块Ⅲ通过所述螺杆连接的一对所述关节轴承铰接；所述低温测试模块包括上低温腔、下低温腔、模具辊、圆形法兰、方形法兰、圆形支架和方形支架；所述下低温腔固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架安装于所述下低温腔两侧，所述圆形支架和所述方形支架固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架与所述支撑板Ⅱ之间均设置有隔热垫板；所述模具辊为空心圆柱体，所述圆形法兰与所述模具辊一侧固定连接，所述方形法兰与所述模具辊另一侧固定连接，所述圆形法兰与所述圆形支架上的圆孔相配合，所述方形法兰与所述方形支架上的方孔相配合；所述上低温腔通过卡销与所述下低温腔连接；所述上低温腔和所述下低温腔内分别设置有安装有温度传感器的测温孔；所述伺服牵引模块包括伺服电动机Ⅱ、减速机Ⅱ、带传动机构Ⅱ、伺服电动缸Ⅱ、垫板、连接块Ⅰ、拉力传感器、固定销、固定块和楔形夹具；所述伺服电动机Ⅱ、所述减速机Ⅱ、所述带传动机构Ⅱ和所述伺服电动缸Ⅱ依次相连，通过所述伺服电动机Ⅱ的工作进而控制所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的工作；所述拉力传感器一端通过所述连接块Ⅰ与所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的推杆相连，另一端通过所述固定块与所述楔形夹具相连；所述楔形夹具通过所述固定销与所述固定块相连；所述伺服电动机Ⅱ与所述PLC控制单元电连接；所述伺服电动缸Ⅱ通过所述垫板与试验台固定连接；所述数据采集处理系统包括多通道数据采集卡和计算机；所述多通道数据采集卡与所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器电连接，采集处理所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器测得的电信号；所述计算机与所述多通道数据采集卡电连接，将所述多通道数据采集卡采集到的的电信号转换为压边力数据、摩擦力数据和牵引力数据，进而根据摩擦力数据和牵引力数据计算摩擦系数；所述自增压低温罐内贮存有超低温介质，所述自增压低温罐通过设置有所述低温阀的低温管路与所述圆形法兰上的低温管接头相连通，所述低温管接头连通至所述模具辊内部；所述低温阀与温度控制器电连接，所述温度控制器与所述上低温腔和所述下低温腔测温孔内安装的所述温度传感器电连接。进一步地，所述加载模块为伺服加载模块，包括伺服电动机Ⅰ、减速机Ⅰ、带传动机构Ⅰ、伺服电动缸Ⅰ、安装板、压力传感器Ⅰ、导向板、连接法兰、加载块、加载杆、加载轴和滚动轴承；所述上压边块上表面与所述滚动轴承接触；所述伺服电动机Ⅰ、所述减速机Ⅰ、所述带传动机构Ⅰ和所述伺服电动缸Ⅰ依次相连，通过所述伺服电动机Ⅰ的工作进而控制所述伺服电动缸Ⅰ内滚珠丝杠的工作；所述伺服电动缸Ⅰ通过所述安装板固定安装于支撑板Ⅰ；所述支撑板Ⅰ通过立柱Ⅰ固定安装于所述试验台；所述压力传感器Ⅰ一端与所述伺服电动缸Ⅰ内滚珠丝杠的推杆相连，另一端与所述导向板相连；所述导向板通过导向套套设于所述立柱Ⅰ；所述连接法兰一端与所述导向板固定连接，另一端依次固定连接所述压力传感器Ⅱ、所述加载块和所述加载杆，所述滚动轴承通过所述加载轴安装于所述加载杆。进一步地，所述伺服电动机Ⅰ和所述压力传感器Ⅰ分别与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元控制所述伺服电动机Ⅰ的工作以调节压边力，所述压力传感器Ⅰ用于实时监测并反馈压边力至所述PLC控制单元。进一步地，所述加载模块为杠杆加载模块，包括杠杆、杠杆支架、加载支架、加载块、加载杆、加载轴、滚动轴承、游码、游码杆、砝码托盘、配重块、调节螺母、保护盖和限位支架；所述杠杆左侧安装有所述配重块、所述调节螺母和所述保护盖，右侧安装有所述加载支架、所述游码杆和所述砝码托盘；所述游码安装于所述游码杆；所述配重块和所述游码杆与所述杠杆固定连接，所述调节螺母通过双头螺柱与所述杠杆固定连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，其特征在于，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；/n所述加载模块用于对所述背张加载模块施加压边力；所述加载模块与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元能够调节所述加载模块对所述背张加载模块施加的压边力；所述加载模块包括压力传感器Ⅱ，用于检测所述加载模块施加于所述背张加载模块的压边力；/n所述背张加载模块包括上压边块、下压边块、垫块、压边固定块、连接块Ⅲ、关节轴承、螺杆、连接块Ⅱ、摩擦力传感器、连接侧板和L形侧板；所述上压边块上表面与所述加载模块接触；所述下压边块和所述垫块与所述压边固定块固定连接，所述压边固定块与所述支撑板Ⅱ固定连接；所述摩擦力传感器一端与所述连接侧板固定连接，另一端与所述连接块Ⅱ固定连接；所述L形侧板与所述支撑板Ⅱ固定连接，所述连接侧板固定安装于所述L形侧板；所述连接块Ⅲ与所述上压边块固定连接，所述连接块Ⅱ和连接块Ⅲ通过所述螺杆连接的一对所述关节轴承铰接；/n所述低温测试模块包括上低温腔、下低温腔、模具辊、圆形法兰、方形法兰、圆形支架和方形支架；所述下低温腔固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架安装于所述下低温腔两侧，所述圆形支架和所述方形支架固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架与所述支撑板Ⅱ之间均设置有隔热垫板；所述模具辊为空心圆柱体，所述圆形法兰与所述模具辊一侧固定连接，所述方形法兰与所述模具辊另一侧固定连接，所述圆形法兰与所述圆形支架上的圆孔相配合，所述方形法兰与所述方形支架上的方孔相配合；所述上低温腔通过卡销与所述下低温腔连接；所述上低温腔和所述下低温腔内分别设置有安装有温度传感器的测温孔；/n所述伺服牵引模块包括伺服电动机Ⅱ、减速机Ⅱ、带传动机构Ⅱ、伺服电动缸Ⅱ、垫板、连接块Ⅰ、拉力传感器、固定销、固定块和楔形夹具；所述伺服电动机Ⅱ、所述减速机Ⅱ、所述带传动机构Ⅱ和所述伺服电动缸Ⅱ依次相连，通过所述伺服电动机Ⅱ的工作进而控制所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的工作；所述拉力传感器一端通过所述连接块Ⅰ与所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的推杆相连，另一端通过所述固定块与所述楔形夹具相连；所述楔形夹具通过所述固定销与所述固定块相连；所述伺服电动机Ⅱ与所述PLC控制单元电连接；所述伺服电动缸Ⅱ通过所述垫板与试验台固定连接；/n所述数据采集处理系统包括多通道数据采集卡和计算机；所述多通道数据采集卡与所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器电连接，采集处理所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器测得的电信号；所述计算机与所述多通道数据采集卡电连接，将所述多通道数据采集卡采集到的的电信号转换为压边力数据、摩擦力数据和牵引力数据，进而根据摩擦力数据和牵引力数据计算摩擦系数；/n所述自增压低温罐内贮存有超低温介质，所述自增压低温罐通过设置有所述低温阀的低温管路与所述圆形法兰上的低温管接头相连通，所述低温管接头连通至所述模具辊内部；所述低温阀与温度控制器电连接，所述温度控制器与所述上低温腔和所述下低温腔测温孔内安装的所述温度传感器电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，其特征在于，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；
所述加载模块用于对所述背张加载模块施加压边力；所述加载模块与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元能够调节所述加载模块对所述背张加载模块施加的压边力；所述加载模块包括压力传感器Ⅱ，用于检测所述加载模块施加于所述背张加载模块的压边力；
所述背张加载模块包括上压边块、下压边块、垫块、压边固定块、连接块Ⅲ、关节轴承、螺杆、连接块Ⅱ、摩擦力传感器、连接侧板和L形侧板；所述上压边块上表面与所述加载模块接触；所述下压边块和所述垫块与所述压边固定块固定连接，所述压边固定块与所述支撑板Ⅱ固定连接；所述摩擦力传感器一端与所述连接侧板固定连接，另一端与所述连接块Ⅱ固定连接；所述L形侧板与所述支撑板Ⅱ固定连接，所述连接侧板固定安装于所述L形侧板；所述连接块Ⅲ与所述上压边块固定连接，所述连接块Ⅱ和连接块Ⅲ通过所述螺杆连接的一对所述关节轴承铰接；
所述低温测试模块包括上低温腔、下低温腔、模具辊、圆形法兰、方形法兰、圆形支架和方形支架；所述下低温腔固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架安装于所述下低温腔两侧，所述圆形支架和所述方形支架固定安装于所述支撑板Ⅱ，所述圆形支架和所述方形支架与所述支撑板Ⅱ之间均设置有隔热垫板；所述模具辊为空心圆柱体，所述圆形法兰与所述模具辊一侧固定连接，所述方形法兰与所述模具辊另一侧固定连接，所述圆形法兰与所述圆形支架上的圆孔相配合，所述方形法兰与所述方形支架上的方孔相配合；所述上低温腔通过卡销与所述下低温腔连接；所述上低温腔和所述下低温腔内分别设置有安装有温度传感器的测温孔；
所述伺服牵引模块包括伺服电动机Ⅱ、减速机Ⅱ、带传动机构Ⅱ、伺服电动缸Ⅱ、垫板、连接块Ⅰ、拉力传感器、固定销、固定块和楔形夹具；所述伺服电动机Ⅱ、所述减速机Ⅱ、所述带传动机构Ⅱ和所述伺服电动缸Ⅱ依次相连，通过所述伺服电动机Ⅱ的工作进而控制所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的工作；所述拉力传感器一端通过所述连接块Ⅰ与所述伺服电动缸Ⅱ内滚珠丝杠的推杆相连，另一端通过所述固定块与所述楔形夹具相连；所述楔形夹具通过所述固定销与所述固定块相连；所述伺服电动机Ⅱ与所述PLC控制单元电连接；所述伺服电动缸Ⅱ通过所述垫板与试验台固定连接；
所述数据采集处理系统包括多通道数据采集卡和计算机；所述多通道数据采集卡与所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器电连接，采集处理所述压力传感器Ⅱ、所述摩擦力传感器和所述拉力传感器测得的电信号；所述计算机与所述多通道数据采集卡电连接，将所述多通道数据采集卡采集到的的电信号转换为压边力数据、摩擦力数据和牵引力数据，进而根据摩擦力数据和牵引力数据计算摩擦系数；
所述自增压低温罐内贮存有超低温介质，所述自增压低温罐通过设置有所述低温阀的低温管路与所述圆形法兰上的低温管接头相连通，所述低温管接头连通至所述模具辊内部；所述低温阀与温度控制器电连接，所述温度控制器与所述上低温腔和所述下低温腔测温孔内安装的所述温度传感器电连接。


2.根据权利要求1所述的金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，其特征在于，所述加载模块为伺服加载模块，包括伺服电动机Ⅰ、减速机Ⅰ、带传动机构Ⅰ、伺服电动缸Ⅰ、安装板、压力传感器Ⅰ、导向板、连接法兰、加载块、加载杆、加载轴和滚动轴承；所述上压边块上表面与所述滚动轴承接触；所述伺服电动机Ⅰ、所述减速机Ⅰ、所述带传动机构Ⅰ和所述伺服电动缸Ⅰ依次相连，通过所述伺服电动机Ⅰ的工作进而控制所述伺服电动缸Ⅰ内滚珠丝杠的工作；所述伺服电动缸Ⅰ通过所述安装板固定安装于支撑板Ⅰ；所述支撑板Ⅰ通过立柱Ⅰ固定安装于所述试验台；所述压力传感器Ⅰ一端与所述伺服电动缸Ⅰ内滚珠丝杠的推杆相连，另一端与所述导向板相连；所述导向板通过导向套套设于所述立柱Ⅰ；所述连接法兰一端与所述导向板固定连接，另一端依次固定连接所述压力传感器Ⅱ、所述加载块和所述加载杆，所述滚动轴承通过所述加载轴安装于所述加载杆。


3.根据权利要求2所述的金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，其特征在于，所述伺服电动机Ⅰ和所述压力传感器Ⅰ分别与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元控制所述伺服电动机Ⅰ的工作以调节压边力，所述压力传感器Ⅰ用于实时监测并反馈压边力至所述PL...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红霞，高易仁，赵丹阳，王敏杰，凡晓波，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21