一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法及装置，该方法基于工具和工件的超声振动辅助正、反挤压成形过程，通过不同挤压力学模型计算出挤压过程中的界面摩擦系数，从而实现对不同超声振动模式的超声减摩效应的量化描述。该方法通过准确量化描述超声振动对塑性成形过程界面摩擦效应的作用机理，有利于揭示超声振动辅助加工成形机理，进一步提高加工零件精度和加工性能。进一步提高加工零件精度和加工性能。进一步提高加工零件精度和加工性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法及装置


[0001]本专利技术属于超声振动辅助加工
，具体涉及一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法及装置。

技术介绍

[0002]随着精密制造加工技术的广泛应用，对零件的加工精度要求越来越高。然而，制造加工过程中的摩擦导致成形试样表面粗糙度、成形能力增加，成形不均匀等缺陷。为了解决摩擦带来的成形缺陷，超声能量场被用于辅助加工工艺，即超声振动辅助加工工艺。
[0003]超声振动辅助加工技术具有改善表面质量、减小摩擦力、提高加工效率等优势，已被广泛应用于航空航天、船舶和军事等重要领域。为了进一步提高超声振动辅助加工工艺的成形精度和力学性能，超声对界面摩擦系数影响机制需要被精确量化描述。
[0004]目前，已有超声对界面摩擦系数影响机制量化描述方法主要集中于工具
‑
试样之间，少有针对模具型腔
‑
试样间摩擦系数的计算方法。已有的模具型腔
‑
试样间摩擦系数计算方法主要基于有限元仿真标定曲线，但有限元仿真中不能反映声软化效应，从而导致得到的摩擦系数不准确。
[0005]因此，提出一种计算模具型腔
‑
试样界面摩擦系数的方法及装置已成为提高加工零件精度和加工性能亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采取的技术方案是：提出一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法及装置。
[0007]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1：在超声振动平台上固定安装直径为r
f
的工具头、孔径为r
f
的上模具板，中心附直径为r
r
工具头的下模具板，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
fi
,p
fi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
fi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
fi
,p
fi
}；
[0009]S2：开启上超声振动平台实现工具振动，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
tfi
,p
tfi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
tfi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
tfi
,p
tfi
}；
[0010]S3：开启下超声振动平台实现工件振动，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
wfi
,p
wfi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
wfi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
wfi
,p
wfi
}；
[0011]S4：在超声振动平台上固定安装直径为r
r
工具头、孔径为r
f
的上模具板，表面为平面的下模具板，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
ri
,p
ri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
ri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
ri
,p
ri
}；
[0012]S5：开启上超声振动平台实现工具振动，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获
得位移
‑
挤压力数据集{x
tri
,p
tri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
tri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
tri
,p
tri
}；
[0013]S6：开启下超声振动平台实现工件振动，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
wri
,p
wri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
wri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
wri
,p
wri
}；
[0014]S7：基于反挤压坐标系，执行正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
ri
＝H
fi
)下挤压力差值(f
i
＝p
fi
‑
p
ri
)，即无超声振动时的界面摩擦力；
[0015]S8：根据Mises屈服准则，摩擦力的计算公式为：因此，摩擦系数为：得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
fi
,μ
i
}；
[0016]S9：基于工具振动辅助反挤压坐标系，执行工件振动辅助正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
tri
＝H
wfi
)下挤压力差值(f
wi
＝p
wfi
‑
p
tri
)，即工件超声振动时的界面摩擦力，并计算摩擦系数得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
wfi
,μ
wi
}；
[0017]S10：基于工件振动辅助反挤压坐标系，执行工具振动辅助正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
wri
＝H
tfi
)下挤压力差值(f
ti
＝p
tfi
‑
p
wri
)，即工具超声振动时的界面摩擦力，并计算摩擦系数得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
tfi
,μ
ti
}。
[0018]进一步地，还包括：
[0019]S11：基于选定杯高(H
fi
＝H
wfi
＝H
tfi
)，计算工具振动下摩擦系数减少量(Δμ
ti
＝μ
ti
‑
μ
i
)，获得工具振动杯高
‑
减摩数据集{H
wfi
,Δμ
ti
}，计算工件振动下摩擦系数减少量(Δμ
wi
＝μ
wi
‑
μ
i
)，获得工件振动杯高
‑
减摩数据集{H
tfi
,Δμ
wi...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在超声振动平台上固定安装直径为r
f
的工具头、孔径为r
f
的上模具板，中心附直径为r
r
工具头的下模具板，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
fi
，p
fi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
fi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
fi
，p
fi
}；S2：开启上超声振动平台实现工具振动，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
tfi
，p
tfi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
tfi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
tfi
，p
tfi
}；S3：开启下超声振动平台实现工件振动，通过试验机下压实现工件正挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
wfi
，p
wfi
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
wfi
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
wfi
,p
wfi
}；S4：在超声振动平台上固定安装直径为r
r
工具头、孔径为r
f
的上模具板，表面为平面的下模具板，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
ri
，p
ri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
ri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
ri
，p
ri
}；S5：开启上超声振动平台实现工具振动，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
tri
，p
tri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
tri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
tri
，p
tri
}；S6：开启下超声振动平台实现工件振动，通过试验机下压实现工件反挤压成形，获得位移
‑
挤压力数据集{x
wri
，p
wri
}，并测量不同位移下，挤压杯高H
wri
，从而得的杯高
‑
挤压力数据集{H
wri
，p
wri
}；S7：基于反挤压坐标系，执行正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
ri
＝H
fi
)下挤压力差值(f
i
＝p
fi
‑
p
ri
)，即无超声振动时的界面摩擦力；S8：根据Mises屈服准则，摩擦力的计算公式为：因此，摩擦系数为：得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
fi
,μ
i
}；S9：基于工具振动辅助反挤压坐标系，执行工件振动辅助正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
tri
＝H
wfi
)下挤压力差值(f
wi
＝p
wfi
‑
p
tri
)，即工件超声振动时的界面摩擦力，并计算摩擦系数得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
wfi
，μ
wi
}；S10：基于工件振动辅助反挤压坐标系，执行工具振动辅助正挤压中杯高
‑
挤压力数据点与反挤压数据点的配准计算，得到选定杯高点(H
wri
＝H
tfi
)下挤压力差值(f
ti
＝p
tfi
‑
p
wri
)，即工具超声振动时的界面摩擦力，并计算摩擦系数得到杯高
‑
界面摩擦系数数据集{H
tfi
，μ
ti
}。2.根据权利要求1所述的超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法，其特征在于，还包括：S11：基于选定杯高(H
fi
＝H
wfi
＝H
tfi
)，计算工具振动下摩擦系数减少量(Δμ
ti
＝μ
ti
‑
μ
i
)，获得工具振动杯高
‑
减摩数据集{H
wfi
，Δμ
ti
}，计算工件振动下摩擦系数减少量(Δμ
wi
＝μ
wi
‑
μ
i
)，获得工件振动杯高
‑
减摩数据集{H
tfi
，Δμ
wi
｝。
3.根据权利要求1所述的超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法，其特征在于，步骤S1
‑
S6中获取杯高
‑
挤压力数据集的具体步骤包括：A1：选定不同下压位移量进行正反挤压成形，测量选定位移量的成形工件杯高，获得位移
‑
杯高数据集{x
i
，H
i
}，通过线性拟合获得位移
‑
杯高曲线，建立位移
‑
杯高关系函数H
tfi
＝f(x
wri
)，并代入位移
‑
挤压力数据集得到杯高
‑
挤压力数据集{H
ri
，p
ri
}；A2：通过A1同样的方法分别获得工具振动和工件振动辅助正反挤压过程中的杯高
‑
挤压力数据集{H
ri
，p
ri
}。4.根据权利要求1所述的超声辅助塑性成形过程界面摩擦系数计算方法，其特征在于，步骤S7进行配准计算的具体步骤包括：S7.1：在无超声振动时，基于反挤压杯高
‑
挤压力数据集{H
ri
，p
ri
}，选取正挤压过程中选取对应杯高的挤压力；并计算正反挤压的挤压力差值，即为无超声条件下摩擦力f
i
，S7.2：在超声振动辅助挤压时，基于工具振动辅助反挤压杯高
‑
挤压力数据集，选取工件振动辅助正挤压过程中选取对应杯高的挤压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩光超，万炜强，吕佩，胡济涛，郝亮，柏伟，刘富初，
申请(专利权)人：中国地质大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：