一种塑性微体积成形摩擦尺度效应评价方法及评价装置，属于精密成形微摩擦领域，解决了不同润滑条件下塑性微成形摩擦系数的测量问题。所述实验是基于微型冲头、圆柱型试样以及V型沟槽凹模来实现的；采用冲头载荷-冲头位移曲线的斜率表征微成形过程摩擦系数；定义参数K为T型微镦粗实验过程圆柱型试样向V型沟槽填充时冲头载荷-冲头位移曲线的斜率，作为评价微体积成形过程摩擦尺度效应的评价参数；所述装置包括上层、中层、下层；微型冲头下部的工作端位于加热圈内，V型沟槽凹模安装在凹模固定板上，且V型沟槽凹模位于微型冲头的正下方；力传感器固定在上垫板内位于且位于微型冲头上。本发明专利技术特别适合塑性微体积成形摩擦尺度效应的评价。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种塑性微体积成形摩擦尺度效应评价装置，特别适合测试塑性微体积成形过程的摩擦系数，属于精密成形微摩擦领域。
技术介绍
根据传统的塑性成形理论，在金属塑性成形过程，摩擦系数或者摩擦因子是一定的，与试样尺寸无关。然而，在塑性微成形领域，随着试样尺寸的减小，摩擦系数或者摩擦因子也随之产生了变化，产生了明显的摩擦尺度效应。在传统摩擦系数测试的基础上，根据相似性原理相继提出了多种微成形摩擦的评价方法，比如圆柱压缩实验法、圆环压缩试验法、正挤压实验法和双杯挤压实验法等等。哈尔滨工业大学龚峰研究了圆柱试样微镦粗过程的摩擦尺度效应，发现在油润滑条件下，摩擦系数随着试样尺寸的减小而逐渐增大；而在固体润滑情况下摩擦系数变 化不大(F. Gong, B. Guo, C. J. Wang, D. B. Shan. Size effect on friction of C3602 incylinder compression. Tribology Transactions. 2010, 53 (2) :244-248)。德国 A. Messner等人利用相似性原理研究了试样外径尺寸分别为8mm、4mm、2mm和Imm的圆环缴粗过程的微摩擦现象，结果显示随着试样尺寸减小，摩擦系数增大(A. Messner, U. Engel, R. Kals,F. Vollertsen. Size effect in the FE—simulation of micro-forming process. Journalof Materials Processing Technology. 1994，45 (1-4) :371-376)。尽管圆柱 / 圆环压缩实验法简单易操作，但是由于变形路径简单，相对新表面膨胀率低，仅能达到20%，在微成形摩擦测试方面准确度难以保证。正挤压试验法通过利用微挤压过程载荷-行程曲线的斜率来评价塑性微体积成形过程的摩擦尺度效应(M. Noorani-Azad, M. Bakhshi-Jooybari, S. J. Hosseinipour,A. Gorji. Experimental and numerical study of optimal die profile in cold forwardrod extrusion of aluminum.Journal Materials Processing Technology.2005,164-165 :1572-1577)。但是，实验中发现试样与模具之间的接触状态十分复杂，需要同时考虑模具与坯料、模具筒形内壁与坯料之间共同作用，导致模拟结果与实验数据难以吻合。德国EGeiger教授提出了利用双杯挤压实验法研究了黄铜微成形过程的摩擦尺度效应，通过上、下杯高之比来评价微挤压过程的摩擦系数。结果表明，随着微型化的加剧，微成形过程的摩擦系数逐渐增加(N. Tiesler, U. Engel, M. Geiger. Formingofmicroparts-effects of miniaturization on friction. Proceedings of the 6thICTP. Nuremberg, 1999 :889-894)。但是，双杯挤压实验中坯料与模具内壁之间的压力较小，材料的应变强化对实验结果影响较大，导致该方法在评价微成形尺寸效应时可信度降低。另外，由于微成形过程试样尺寸小，以上几种方法中润滑剂的均匀施加与储存十分困难，难以满足塑性微体积成形过程的摩擦系数的表征与测试要求。本专利针对以上问题提出了基于T型微镦粗实验法来评价塑性微体积成形的摩擦尺度效应。该方法利用成形过程的载荷及成形形状对摩擦力的敏感性来实现对微成形摩擦系数的测试，试样表面膨胀率超过50%，坯料与模具型腔表面正压力大，润滑剂很容易施加到两端封闭的V型模具型腔内，特别适合塑性微体积成形摩擦尺度效应的评价与分析。
技术实现思路
本专利技术针对现有塑性微体积成形摩擦系数测试方法中润滑剂的均匀施加与储存困难的问题，提出了一种基于T型微镦粗法的塑性微体积成形摩擦尺度效应评价方法及评价装置，解决了不同润滑条件下塑性微成形摩擦系数的测量问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案为本专利技术所述塑性微体积成形摩擦尺度效应评价方法是按照以下步骤实现的步骤一、采用的T型微镦粗实验法进行塑性微体积成形(微成形)实验，所述实验是基于微型冲头、圆柱型试样(圆柱坯料)以及V型沟槽凹模来实现的； 在T型微镦粗实验过程中，圆柱型试样在微型冲头的作用下产生变形，并向V型沟槽凹模的V型沟槽内填充，使成形件截面形状呈T形；步骤二、填充过程中微型冲头载荷与摩擦力成线性关系，采用冲头载荷-冲头位移曲线的斜率评价微成形过程摩擦系数；斜率值越大，摩擦系数就越大；步骤三、定义参数K为T型微镦粗实验过程圆柱型试样向V型沟槽填充时冲头载荷-冲头位移曲线的斜率，作为评价微体积成形过程摩擦尺度效应的评价参数；K值与微成形过程摩擦系数或者摩擦因子成线性关系，可得K = A+BmK = C+D μ其中m为摩擦系数，μ为摩擦因子，A、B、C、D为常数。一种实现上述评价方法的塑性微体积成形摩擦尺度效应评价装置，所述装置包括上层、中层、下层、微型冲头以及V型沟槽凹模；所述上层由由上至下设置的上模板、上垫板以及冲头固定板接连在一起组成，上层中通过销钉进行定位并通过螺钉进行连接；中层由中间垫板、合模板以及加热圈组成，中间垫板位于合模板的上方，加热圈安装在合模板上的中心孔内；下层由凹模固定板和下模座组成，凹模固定板位于下模座的上方；上层、中层、下层通过四根精密导柱和八个导套进行导向，中层、下层中各安装有四个导套，每对下上设置的导套同轴；上层、中层之间通过带有弹簧的连接柱连接，在合模时，中间垫板在带有弹簧的连接柱的作用下运动，直至与下层接触；通过连接柱内部的弹簧实现对压缩过程位移的输出，即上层沿带有弹簧的连接柱下行时，连接柱上的弹簧被压缩，弹簧的弹力驱动中层下行合模；中层和下层之间设有四个弹簧，且中层和下层之间设有连接侧板，在开模时，中间垫板在四个弹簧的作用下弹起，并在连接侧板的作用下限位；微型冲头居中安装在上层及中层上，微型冲头下部的工作端位于加热圈内，V型沟槽凹模安装在凹模固定板上，且V型沟槽凹模位于微型冲头的正下方；力传感器通过固定螺栓固定在上垫板内位于且位于微型冲头上；力传感器用于在T型微压缩过程中，进行测试试件变形过程冲头的载荷；激光位移传感器通过螺栓安装在下模座上；反射镜片通过镜片固定板安装在上模板上，反射镜片位于激光位移传感器的正上方；激光位移传感器通过测试反射镜片的相对位置实现对上层的位移测量。所述塑性微体积成形摩擦尺度效应评价装置在使用时，上模板与微冲压设备上工作台固定，下模座与设备下工作台固定。本专利技术的有益效果是本专利技术所述装置利用T型微镦粗方法评价塑性微体积成形过程摩擦尺度效应。该方法利用微镦粗过程的载荷-位移曲线和T型高度对摩擦力的敏感性来实现对微成形摩擦系数的测试，试样表面膨胀率大，润滑剂容易施加到两端封闭的V型模具型腔内，该坯料与模具型腔表面正压力大，摩擦系数测试准确，特别适合塑性微体积成形摩擦尺度效应的评价。同时，能够实现固本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种塑性微体积成形摩擦尺度效应评价方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：步骤一、采用的T型微镦粗实验法进行塑性微体积成形实验，所述实验是基于微型冲头(1)、圆柱型试样(2)以及V型沟槽凹模(3)来实现的；在T型微镦粗实验过程中，圆柱型试样(2)在微型冲头(1)的作用下产生变形，并向V型沟槽凹模(3)的V型沟槽内填充，使成形件截面形状呈T形；步骤二、填充过程中微型冲头载荷与摩擦力成线性关系，采用冲头载荷？冲头位移曲线的斜率评价微成形过程摩擦系数；斜率值越大，摩擦系数就越大；步骤三、定义参数K为T型微镦粗实验过程圆柱型试样(2)向V型沟槽填充时冲头载荷？冲头位移曲线的斜率，作为评价微体积成形过程摩擦尺度效应的评价参数；K值与微成形过程摩擦系数或者摩擦因子成线性关系，可得K＝A+BmK＝C+Dμ其中m为摩擦系数，μ为摩擦因子，A、B、C、D为常数。
【技术特征摘要】
1.一种塑性微体积成形摩擦尺度效应评价方法，其特征在于所述方法是按照以下步骤实现的 步骤一、采用的T型微镦粗实验法进行塑性微体积成形实验，所述实验是基于微型冲头(I)、圆柱型试样⑵以及V型沟槽凹模⑶来实现的； 在T型微镦粗实验过程中，圆柱型试样(2)在微型冲头(I)的作用下产生变形，并向V型沟槽凹模(3)的V型沟槽内填充，使成形件截面形状呈T形； 步骤二、填充过程中微型冲头载荷与摩擦力成线性关系，采用冲头载荷-冲头位移曲线的斜率评价微成形过程摩擦系数；斜率值越大，摩擦系数就越大； 步骤三、定义参数K为T型微镦粗实验过程圆柱型试样(2)向V型沟槽填充时冲头载荷-冲头位移曲线的斜率，作为评价微体积成形过程摩擦尺度效应的评价参数； K值与微成形过程摩擦系数或者摩擦因子成线性关系，可得 K = A+Bm K = C+D μ 其中m为摩擦系数，μ为摩擦因子，A、B、C、D为常数。2.一种实现权利要求I所述评价方法的塑性微体积成形摩擦尺度效应评价装置，其特征在于所述装置包括上层(I)、中层(II)、下层(III)、微型冲头(I)以及V型沟槽凹模(3);所述上层(I)由由上至下设置的上模板￠)、上垫板(7)以及冲头固定板(8)接连在一起组成冲层(II)由中间垫板(9)、合模板(10)以及加热圈(16)组成，中间垫板(9)位于合模板(10)的上方，加热圈(16)安装在合模板(10)上的中心孔内；下层(III)由凹模固定板(11)和下模座(12)组成，凹模固定板(11)位于下模座(12)的上方；上层(I)、中层(II)、下层(III)通过四根精密导柱(5)和八个导套(4)进行导向，中层(II)、下层(III)中各安装有四个...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，郭斌，单德彬，王春举，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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