热锻摩擦因子的镦挤变形测试装置制造方法
【专利摘要】一种热塑性成形【技术领域】的热锻摩擦因子的镦挤变形测试装置，从上至下依次设置的上模座、上模块、定位圈、下模块和下模座，其中：上模座和上模块相互固定，定位圈设置于下模块的上表面，下模块与下模座相固定；下模块的中部开设中心孔。本实用新型能够定量测试热成形中模具与工件之间的摩擦因子。
【专利说明】热锻摩擦因子的镦挤变形测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种热塑性成形【技术领域】的装置，具体是一种利用镦挤变形方式定量测试热锻中摩擦因子的装置。
【背景技术】
[0002]热成形过程中，摩擦常常伴随有塑性变形，称为塑性摩擦，它比机械摩擦更为复杂和剧烈。热塑性成形中工件与模具接触界面常常伴有热交换，同时工件表面的氧化皮，工件承受的较高表面压力以及新生表面的出现等，这些因素均增加了热塑性成形中摩擦的复杂性。摩擦边界直接影响着应力与应变的分布、金属的塑性以及金属的内部组织与性能，还会影响压下载荷以及模具寿命；如果边界摩擦控制不好还会导致缺陷，如金属充填不足、裂纹、不均匀变形产生的附加应力和残余应力等。因此研究热塑性中摩擦机理，合理利用摩擦与选择合适的润滑剂，对于热成形的精确成形，缺陷控制具有重要意义。
[0003]圆环镦粗法是经典的常用的塑性摩擦测试方法，一定尺寸的圆环在两平压头间压缩，利用圆环内径的变化率来表征摩擦系数或摩擦因子的大小。该方法的关键在于建立摩擦系数与圆环镦粗时内径变化之间的关系曲线，即摩擦标定曲线，标定曲线可以通过实验、解析方法、有限元模拟等方法获得。将实验测得的圆环内径变化率和相应的变形程度，放到标定曲线图中就可以读出相应的摩擦系数或摩擦因子。圆环内径测量的准确性对获得的具体的摩擦因子数值起着至关重要的影响，但是由于圆环的鼓形效应，低摩擦时内径向外鼓，高摩擦时内径向内鼓，增加了变形后关键尺寸内径测量的难度。此外，实验中变形后塑性失稳的圆环内孔轮廓形状不规则更增加了测量的难度。同时，在实际热成形过程中，金属常常要进行复杂的变形和流动，但是圆环镦粗法中金属主要沿着模具做水平流动并没有金属流入模具的变形过程，变形路径较为简单；同时新生成表面比率较低，不适合用于测试复杂热成形过程中的摩擦。
[0004]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103612415，
【公开日】2014_3_5，记载了一种热塑性成形摩擦特性参数的测试装置，所述测试装置包括上模部分和下模部分；上模部分由上模板、上模块、上隔热环、螺钉和销钉组成，上模板是外形为圆形或矩形的厚板，厚板下表面的中间有一个圆形凹槽，圆形凹槽的底面与上模板的上表面之间有台阶状通孔和圆形通孔；上模块为圆柱体，材料与实际热塑性成形模具所用的材料相一致，所述圆柱体的顶面与上模板的圆形凹槽的底面贴合，且轴心与上模板圆形凹槽的轴心对齐。但该现有技术依旧利用的是圆环镦粗法的变形原理，仅是对测试装置的模具做了改进，使其可以对锻造温度进行控制，而没有对圆环内径难于测量的问题做出改进；而且装置设计较为复杂，由于下模块开有盲孔放置热电偶，这将削弱下模块的强度，容易引起下模块失效。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试装置，能够测试热成形中模具与工件之间的摩擦因子。
[0006]本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括:从上至下依次设置的上模座、上模块、定位圈、下模块和下模座，其中:上模座和上模块相互固定，定位圈设置于下模块的上表面，下模块与下模座相固定；下模块的中部开设中心孔。
[0007]所述的定位圈的中部与下模块活动连接，前端部的内侧为圆弧结构。
[0008]所述的活动连接是指:下模块的上表面分别设有连接销和限位销，其中:连接销与定位圈相连，限位销设置于连接销的正上方。
[0009]所述的定位圈的前端部内侧的圆弧结构的直径等于工件加热后的直径，圆弧结构的圆心与下模块的中心孔的圆心重合。
[0010]所述的下模块包括内模和外模，其中:内模固定于外模的内部，内模的中部开设中心孔，定位圈与内模的上表面相连，外模与下模座相固定。
[0011]所述的内模的中心孔的内表面开有脱模斜度，中心孔的顶部开有圆角结构，底部开有阶梯孔。
[0012]所述的外模的中心与下模座的中心分别开有中心通孔。
[0013]所述的上模与内模为中心正对。
[0014]技术效果
[0015]与现有测试装置相比，本实用新型的优点包括:
[0016]1、模具设计简单，对工件尺寸测量简单，不存在工件形状不稳定的情况，测试装置施用简单易行；
[0017]2、变形过程更接近实际的热成形过程，金属流动路径不仅包括沿着模具的水平流动，还有流入内模的中心孔的流动过程；
[0018]3、有新生表面生成，更接近体积成形的变形特点；
[0019]4、采用内模与外模的组合形式，方便内模的更换，降低模具的更换成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实施例1的结构示意图；
[0021]图2为实施例1的定位圈定位工件示意图；
[0022]图3为实施例1的内模结构示意图；
[0023]图4为工件变形前后图；
[0024]图5为摩擦标定曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]实施例1
[0027]如图1所示,本实施例包括:从上至下依次设置的上模座2、上模块3、定位圈5、下模块和下模座8,其中:上模座2和上模块3相互固定,定位圈5设置于下模块的上表面，下模块与下模座8相固定；下模块的中部开设中心孔12。
[0028]如图2所示，所述的定位圈5的中部与下模块活动连接，前端部的内侧为圆弧结构。
[0029]所述的活动连接是指:下模块的上表面分别设有连接销11和限位销10，其中:连接销11与定位圈5相连，限位销10设置于连接销的正上方。
[0030]所述的定位圈5的前端部内侧的圆弧结构的直径等于工件4加热后的直径，圆弧结构的圆心与下模块的中心孔12的圆心重合。
[0031]所述的下模块包括内模9和外模6,其中:内模9固定于外模6的内侧中部，内模9的中部开设中心孔12,定位圈5与内模9的上表面相连，外模6与下模座8相固定。
[0032]所述的下模块也可以是一完整模块的形式。
[0033]如图3所示，所述的内模9的中心孔12的内表面开有脱模斜度，中心孔12的顶部开有圆角结构，底部开有阶梯孔。
[0034]所述的外模6的中心与下模座8的中心分别开有中心通孔。
[0035]所述的上模与内模9为竖直正对。
[0036]上模座2和上模块3由上螺钉1固定，外模6与下模座8由下螺钉7固定。
[0037]测试过程包含以下步骤:
[0038]1、装载模具到压机上，先将下模部分用螺栓和压板固定在压机台面上，然后将上模部分与下模部分闭合，上模与内模9对正，然后利用螺钉和压板将上模座2固定到压机滑块上。安装定位销、定位圈5。预设压机压下量和压下速度。
[0039]2、将外径D = 59mm,高度HO = 20mm的工件4放到加热炉中加热，工件4均热即可。
[0040]3、进行润滑处理，采用现有的润滑介质与润滑方式对工件4或模具表面进行润滑。
[0041]4、将工件4从加热炉中取出，记录出炉温度，放于下模块上表面中心位置，定位圈5紧贴内围定位销，工件4与定位圈5的圆弧处贴合则保证工件4位于中心位置。定位完成后将定位圈5绕着定位销转动90°后离开工件4。
[0042]5、开动压力机，上模压下完成工件4的镦挤过程，取出工件4，淬火。
[0043]6、测量工件4镦挤后的圆盘处厚度，和中心凸起的高度，计算压下率和凸起高度比率。压下率计算公式:OVH’) /H0,其中^为工件4初始高度，该数值在工件4变形前测量获得；H’为工件4镦挤变形圆盘位置的厚度，该数值在工件4变形后测量获得，如图4所示。凸起高度比率计算公式A/U，其中，h表示变形后中心凸起顶端到圆盘下底面的距离，该数值在工件4变形后测量获得。将测得的数据与图5所示的摩擦标定曲线进行对比，得出摩擦系数或摩擦因子。
[0044]7、重复以上过程，取三次试验的平均值作为摩擦系数或摩擦因子的测试结果。
[0045]所述的摩擦因子标定曲线的获得方式是:按照加工成的上模块和带有中心孔的内模的名义尺寸，建立有限元模型。输入待测工件的材料数据，设置待测工件与模具的接触条件:设定剪切摩擦因子或摩擦系数。设置上模压下速度和压下量，模拟工件镦挤变形过程，最后提取变形后凸起高度随压下行程变化的历史数据，计算高度比率与压下率，从而获得摩擦因子或摩擦系数标定曲线。
【权利要求】
1.一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试装置，其特征在于，包括:从上至下依次设置的上模座、上模块、定位圈、下模块和下模座，其中:上模座和上模块相互固定，定位圈设置于下模块的上表面，下模块与下模座相固定；下模块的中部开设中心孔。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的定位圈与下模块活动连接，前端部的内侧为圆弧结构。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的活动连接是指:下模块的上表面分别设有连接销和限位销，其中:连接销与定位圈相连，限位销设置于连接销的内环。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征是，所述的定位圈的前端部内侧的圆弧结构的直径等于工件加热后的直径，圆弧结构的圆心与下模块的中心孔的圆心重合。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的下模块包括内模和外模，其中:内模固定于外模的内侧中部，内模的中部开设中心孔，定位圈与内模的上表面相连，外模与下模座相固定。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的内模的中心孔的内表面开有脱模斜度，中心孔的顶部开有圆角结构，底部开有阶梯孔。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的外模的中心与下模座的中心分别开有中心通孔。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的上模与内模为中心对正。
【文档编号】G01N19/02GK204064874SQ201420482511
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】张洋洋, 崔振山, 肖艳红 申请人:上海交通大学