熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測試裝置制造方法
【專利摘要】一種熱塑性成形【技術領域】的熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測試裝置，從上至下依次設置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中：上模座和上模塊相互固定，定位圈設置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設中心孔。本實用新型能夠定量測試熱成形中模具與工件之間的摩擦因子。
【專利說明】熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測試裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種熱塑性成形【技術領域】的裝置，具體是一種利用鐓擠變形方式定量測試熱鍛中摩擦因子的裝置。
【背景技術】
[0002]熱成形過程中，摩擦常常伴隨有塑性變形，稱為塑性摩擦，它比機械摩擦更為復雜和劇烈。熱塑性成形中工件與模具接觸界面常常伴有熱交換，同時工件表面的氧化皮，工件承受的較高表面壓力以及新生表面的出現等，這些因素均增加了熱塑性成形中摩擦的復雜性。摩擦邊界直接影響著應力與應變的分布、金屬的塑性以及金屬的內部組織與性能，還會影響壓下載荷以及模具壽命；如果邊界摩擦控制不好還會導致缺陷，如金屬充填不足、裂紋、不均勻變形產生的附加應力和殘余應力等。因此研究熱塑性中摩擦機理，合理利用摩擦與選擇合適的潤滑劑，對于熱成形的精確成形，缺陷控制具有重要意義。
[0003]圓環鐓粗法是經典的常用的塑性摩擦測試方法，一定尺寸的圓環在兩平壓頭間壓縮，利用圓環內徑的變化率來表征摩擦系數或摩擦因子的大小。該方法的關鍵在于建立摩擦系數與圓環鐓粗時內徑變化之間的關系曲線，即摩擦標定曲線，標定曲線可以通過實驗、解析方法、有限元模擬等方法獲得。將實驗測得的圓環內徑變化率和相應的變形程度，放到標定曲線圖中就可以讀出相應的摩擦系數或摩擦因子。圓環內徑測量的準確性對獲得的具體的摩擦因子數值起著至關重要的影響，但是由于圓環的鼓形效應，低摩擦時內徑向外鼓，高摩擦時內徑向內鼓，增加了變形后關鍵尺寸內徑測量的難度。此外，實驗中變形后塑性失穩的圓環內孔輪廓形狀不規則更增加了測量的難度。同時，在實際熱成形過程中，金屬常常要進行復雜的變形和流動，但是圓環鐓粗法中金屬主要沿著模具做水平流動并沒有金屬流入模具的變形過程，變形路徑較為簡單；同時新生成表面比率較低，不適合用于測試復雜熱成形過程中的摩擦。
[0004]經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103612415，
【公開日】2014_3_5，記載了一種熱塑性成形摩擦特性參數的測試裝置，所述測試裝置包括上模部分和下模部分；上模部分由上模板、上模塊、上隔熱環、螺釘和銷釘組成，上模板是外形為圓形或矩形的厚板，厚板下表面的中間有一個圓形凹槽，圓形凹槽的底面與上模板的上表面之間有臺階狀通孔和圓形通孔；上模塊為圓柱體，材料與實際熱塑性成形模具所用的材料相一致，所述圓柱體的頂面與上模板的圓形凹槽的底面貼合，且軸心與上模板圓形凹槽的軸心對齊。但該現有技術依舊利用的是圓環鐓粗法的變形原理，僅是對測試裝置的模具做了改進，使其可以對鍛造溫度進行控制，而沒有對圓環內徑難于測量的問題做出改進；而且裝置設計較為復雜，由于下模塊開有盲孔放置熱電偶，這將削弱下模塊的強度，容易引起下模塊失效。
實用新型內容
[0005]本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提出一種熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測試裝置，能夠測試熱成形中模具與工件之間的摩擦因子。
[0006]本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括:從上至下依次設置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中:上模座和上模塊相互固定，定位圈設置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設中心孔。
[0007]所述的定位圈的中部與下模塊活動連接，前端部的內側為圓弧結構。
[0008]所述的活動連接是指:下模塊的上表面分別設有連接銷和限位銷，其中:連接銷與定位圈相連，限位銷設置于連接銷的正上方。
[0009]所述的定位圈的前端部內側的圓弧結構的直徑等于工件加熱后的直徑，圓弧結構的圓心與下模塊的中心孔的圓心重合。
[0010]所述的下模塊包括內模和外模，其中:內模固定于外模的內部，內模的中部開設中心孔，定位圈與內模的上表面相連，外模與下模座相固定。
[0011]所述的內模的中心孔的內表面開有脫模斜度，中心孔的頂部開有圓角結構，底部開有階梯孔。
[0012]所述的外模的中心與下模座的中心分別開有中心通孔。
[0013]所述的上模與內模為中心正對。
[0014]技術效果
[0015]與現有測試裝置相比，本實用新型的優點包括:
[0016]1、模具設計簡單，對工件尺寸測量簡單，不存在工件形狀不穩定的情況，測試裝置施用簡單易行；
[0017]2、變形過程更接近實際的熱成形過程，金屬流動路徑不僅包括沿著模具的水平流動，還有流入內模的中心孔的流動過程；
[0018]3、有新生表面生成，更接近體積成形的變形特點；
[0019]4、采用內模與外模的組合形式，方便內模的更換，降低模具的更換成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1的結構示意圖；
[0021]圖2為實施例1的定位圈定位工件示意圖；
[0022]圖3為實施例1的內模結構示意圖；
[0023]圖4為工件變形前后圖；
[0024]圖5為摩擦標定曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示,本實施例包括:從上至下依次設置的上模座2、上模塊3、定位圈5、下模塊和下模座8,其中:上模座2和上模塊3相互固定,定位圈5設置于下模塊的上表面，下模塊與下模座8相固定；下模塊的中部開設中心孔12。
[0028]如圖2所示，所述的定位圈5的中部與下模塊活動連接，前端部的內側為圓弧結構。
[0029]所述的活動連接是指:下模塊的上表面分別設有連接銷11和限位銷10，其中:連接銷11與定位圈5相連，限位銷10設置于連接銷的正上方。
[0030]所述的定位圈5的前端部內側的圓弧結構的直徑等于工件4加熱后的直徑，圓弧結構的圓心與下模塊的中心孔12的圓心重合。
[0031]所述的下模塊包括內模9和外模6,其中:內模9固定于外模6的內側中部，內模9的中部開設中心孔12,定位圈5與內模9的上表面相連，外模6與下模座8相固定。
[0032]所述的下模塊也可以是一完整模塊的形式。
[0033]如圖3所示，所述的內模9的中心孔12的內表面開有脫模斜度，中心孔12的頂部開有圓角結構，底部開有階梯孔。
[0034]所述的外模6的中心與下模座8的中心分別開有中心通孔。
[0035]所述的上模與內模9為豎直正對。
[0036]上模座2和上模塊3由上螺釘1固定，外模6與下模座8由下螺釘7固定。
[0037]測試過程包含以下步驟:
[0038]1、裝載模具到壓機上，先將下模部分用螺栓和壓板固定在壓機臺面上，然后將上模部分與下模部分閉合，上模與內模9對正，然后利用螺釘和壓板將上模座2固定到壓機滑塊上。安裝定位銷、定位圈5。預設壓機壓下量和壓下速度。
[0039]2、將外徑D = 59mm,高度HO = 20mm的工件4放到加熱爐中加熱，工件4均熱即可。
[0040]3、進行潤滑處理，采用現有的潤滑介質與潤滑方式對工件4或模具表面進行潤滑。
[0041]4、將工件4從加熱爐中取出，記錄出爐溫度，放于下模塊上表面中心位置，定位圈5緊貼內圍定位銷，工件4與定位圈5的圓弧處貼合則保證工件4位于中心位置。定位完成后將定位圈5繞著定位銷轉動90°后離開工件4。
[0042]5、開動壓力機，上模壓下完成工件4的鐓擠過程，取出工件4，淬火。
[0043]6、測量工件4鐓擠后的圓盤處厚度，和中心凸起的高度，計算壓下率和凸起高度比率。壓下率計算公式:OVH’) /H0,其中^為工件4初始高度，該數值在工件4變形前測量獲得；H’為工件4鐓擠變形圓盤位置的厚度，該數值在工件4變形后測量獲得，如圖4所示。凸起高度比率計算公式A/U，其中，h表示變形后中心凸起頂端到圓盤下底面的距離，該數值在工件4變形后測量獲得。將測得的數據與圖5所示的摩擦標定曲線進行對比，得出摩擦系數或摩擦因子。
[0044]7、重復以上過程，取三次試驗的平均值作為摩擦系數或摩擦因子的測試結果。
[0045]所述的摩擦因子標定曲線的獲得方式是:按照加工成的上模塊和帶有中心孔的內模的名義尺寸，建立有限元模型。輸入待測工件的材料數據，設置待測工件與模具的接觸條件:設定剪切摩擦因子或摩擦系數。設置上模壓下速度和壓下量，模擬工件鐓擠變形過程，最后提取變形后凸起高度隨壓下行程變化的歷史數據，計算高度比率與壓下率，從而獲得摩擦因子或摩擦系數標定曲線。
【權利要求】
1.一種熱鍛摩擦因子的鐓擠變形測試裝置，其特征在于，包括:從上至下依次設置的上模座、上模塊、定位圈、下模塊和下模座，其中:上模座和上模塊相互固定，定位圈設置于下模塊的上表面，下模塊與下模座相固定；下模塊的中部開設中心孔。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是，所述的定位圈與下模塊活動連接，前端部的內側為圓弧結構。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征是，所述的活動連接是指:下模塊的上表面分別設有連接銷和限位銷，其中:連接銷與定位圈相連，限位銷設置于連接銷的內環。
4.根據權利要求1、2或3所述的裝置，其特征是，所述的定位圈的前端部內側的圓弧結構的直徑等于工件加熱后的直徑，圓弧結構的圓心與下模塊的中心孔的圓心重合。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征是，所述的下模塊包括內模和外模，其中:內模固定于外模的內側中部，內模的中部開設中心孔，定位圈與內模的上表面相連，外模與下模座相固定。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征是，所述的內模的中心孔的內表面開有脫模斜度，中心孔的頂部開有圓角結構，底部開有階梯孔。
7.根據權利要求5所述的裝置，其特征是，所述的外模的中心與下模座的中心分別開有中心通孔。
8.根據權利要求5所述的裝置，其特征是，所述的上模與內模為中心對正。
【文檔編號】G01N19/02GK204064874SQ201420482511
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】張洋洋, 崔振山, 肖艷紅 申請人:上海交通大學