【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属成形接触界面摩擦行为领域，更具体地说，涉及一种多自由度包络成形摩擦系数确定方法。
技术介绍
1、摩擦系数测试的主要目的是测定摩擦力与摩擦接触界面之间的作用关系，进而用摩擦模型来研究接触区的摩擦行为。目前，塑性成形过程中测定摩擦系数的方法主要分为直接测试法与模拟试验法两大类：(1)直接测试法是以库伦定律为基础，采用一种在模具上安装传感器直接测定成形时毛坯接触面上的摩擦力和正压力，进而获得摩擦系数的方法；(2)模拟试验法是根据不同的成形方法设计相近的模拟试验装置，如圆环镦粗法，这种方法是将特定大小的圆环放在平毡上进行镦粗成形，然后以环形件内径变化作为指标通过标定曲线间接确定摩擦系数的方法。
2、多自由度包络成形是一种连续局部加载的精密塑性成形新技术，成形时包络模与工件表面局部接触，接触面积小，金属容易流动，可以大幅度减小成形力，提高产品成形极限和性能，是薄壁复杂构件先进制造技术的重要发展方向。然而，多自由度包络成形过程中，成形件是在包络模做不同方向的包络运动下发生塑性变形而成形，包络模与成形件之间接触表面复杂，摩擦行为动态变化，摩擦系数测量十分复杂，上述直接测试法与模拟试验法不能用来确定多自由度包络成形摩擦系数，目前还没有关于多自由度包络成形摩擦系数确定方法的相关报道。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种多自由度包络成形摩擦系数确定方法，能够实现多自由度包络成形接触面摩擦系数的确定，为多自由度包络成形工艺中摩擦行为对材料流动特点的影
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多自由度包络成形摩擦系数确定方法，包括以下步骤：
3、s1、建立多自由度包络成形数学物理模型，推导多自由度包络成形摩擦系数与摩擦力之间的数学关系式，建立多自由度包络成形设备力学模型；构建多自由度包络成形摩擦模型与多自由度包络成形设备力学模型之间的关系；
4、s2、通过多自由度包络成形实验采集多自由度包络成形力数据，从而确定多自由度包络成形摩擦系数。
5、按上述方案，所述步骤s1包括以下步骤：
6、s11、建立圆盘件包络成形三维几何模型，以包络模与圆盘件接触面中心为坐标原点o，建立圆柱坐标系rθz，假设包络成形力均匀分布在接触区表面，且合力作用于圆盘件接触变形区二分之一圆心角θ的边缘部分处即x点；
7、s12、根据包络成形接触面变形特点，在接触区合力作用点x处圆盘件接触面在包络成形力p、径向摩擦力τ1和切向摩擦力τ2的共同作用下发生塑性变形。其中包络成形力p与圆盘件中心轴线呈γ角，切向摩擦力沿接触面周向分布，方向与金属流动方向相反；
8、s13、根据圆盘件包络成形材料流动特点，以入口端r作接触面垂线建立z’轴，连接出口端c并与z’轴交点为原点o’，径向方向与r轴夹角为θ/2记为为r’轴，切向方向为θ’轴，建立坐标系r’θ’z’。将包络成形力p分别沿r’轴和z’轴分解为p1和p2，设接触界面摩擦系数为μ，则根据库伦摩擦定律，包络成形力、径向摩擦力和切向摩擦力之间力学关系满足：
9、
10、s14、在θ’o’z’面，设任意时刻t包络模与坯料接触界面入口端和出口端的弧心角为α，将包络分力p2分解为切向方向p1’和轴向方向p2’，切向摩擦力分解为切向τ2’和轴向τn，各分力之间的关系满足：
11、
12、s15、根据上述分力关系，在受力中心点x分别计算径向合力fr’、切向合力fθ’和轴向合力fz’，得到变形过程中受力中心x的合力关系：
13、
14、s16、包络成形过程中，假设下模进给速度为v，包络模转速为n，每转进给量为s，圆盘件初始半径r0、厚度为t0，任意时刻t成形件厚度为tt，根据体积不变原则确定圆盘件半径rt变化:
15、
16、
17、s17、根据包络成形工艺特点，在θ’o’z’面，任意时刻t包络模与坯料接触界面入口端和出口端的弧心角α为：
18、
19、s18、将上述步骤中的公式进行联立，确定包络成形过程中的摩擦系数计算公式：
20、
21、按上述方案，所述步骤s2包括以下步骤：
22、s21、将圆盘件坯料放置在包络成形设备上，调整坯料位置，使包络模中心与圆盘件中心重合，启动设备，成形圆盘件。根据包络成形设备工作原理，分别测定接触表面合力中心x点的径向合力fr’、切向合力fθ’和轴向合力fz’，确定圆盘件包络成形过程中接触区合力中心x处的fr’、fθ’和fz’随时间变化的值；
23、s22、根据包络成形设备工作原理，可提取包络模转速n，根据进给速度v与转速n和每转进给量s之间的关系可确定圆盘件包络成形进给速度；
24、v＝n*s (8)
25、s23、由步骤s21确定的合力中心x处的fr’、fθ’和fz’随时间变化的值和步骤s22确定的进给速度以及成形坯料初始半径r0、初始厚度t0代入包络成形过程中的摩擦系数计算公式中即可确定包络成形过程中接触区摩擦系数动态变化值。
26、按上述方案，所述步骤s21包括以下步骤：
27、s211、圆盘件包络成形过程中，通过包络成形设备测力装置测定包络成形设备驱动平台上六个连杆的力，经力系平移将该力移动到包络模中心，分别得到x、y、z三个方向的分力fx、fy、fz随时间变化的值，并通过包络成形设备数据采集装置输出数据；
28、s212、根据包络模中心力学模型与圆盘件包络成形时x处合力中心力学模型的位置关系，确定合力中心点x处径向、切向和轴向合力计算方程：
29、
30、其中，
31、s213、由方程(9)和步骤s211计算机输出的fx、fy、fz随时间t变化的数据，确定圆盘件包络成形过程中接触区合力中心x处的fr’、fθ’和fz’随时间变化的值。
32、实施本专利技术的多自由度包络成形摩擦系数确定方法，具有以下有益效果：
33、(1)本专利技术多自由度包络成形摩擦系数确定方法能够确定包络成形过程中的接触区摩擦系数，揭示包络成形过程中摩擦系数的动态变化机制；
34、(2)本专利技术根据包络成形材料变形特点设计计算摩擦系数，为包络成形工艺参数的确定提供较精确的数值，能较准确地预测包络成形过程中接触界面摩擦行为对材料流动、成形精度和成形质量的影响。
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1.一种多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，所述步骤S21包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多自由度包络成形摩擦系数确定方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下步骤：
3.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，冯玮，华林，郑方焱，庄武豪，田端阳，常震宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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