[发明专利]测定镁合金板料塑性成形摩擦系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，尤其涉及一种测定镁合金板料塑性成形摩擦系数的方法。

背景技术

在金属塑性成形中，工件与模具之间有相对的运动，因而存在着摩擦。摩擦的存在，会使塑性加工所需的力、能增加；使模具磨损加剧，降低模具的使用寿命；使工件表面发生粘结、擦伤等现象。在某些场合下，摩擦也起着有益的作用。例如，薄板拉深时，增加凸缘处的摩擦阻力可避免工件起皱；轧制时，轧辊与坯料间要有足够的摩擦力才能使坯料咬入。但多数情况下，摩擦是个不利因素，需要在工件与模具之间使用润滑剂，以减小摩擦。

为了评价塑性成形中不同润滑剂的效果，需要测定工件与模具间的摩擦系数。塑性成形中的摩擦是伴随着变形金属的塑性流动产生的，与机械零件间的摩擦有很大的差别。机械零件间的摩擦系数的测定方法大都是利用库伦定律的概念，即摩擦力的大小与接触面上的法向载荷成正比，比例系数为摩擦系数。中国专利文献CN 1244810C公开了一种金属润滑剂摩擦系数测定装置，由两个液压油缸分别对被测的金属板料施加压力和拉力，通过改变压力、润滑剂和金属板料，可测得不同压力状态下不同金属板料采用不同润滑剂时的摩擦系数。该装置即是采用库仑定律来测量摩擦系数的。

金属塑性成形中摩擦系数测定方法主要有夹钳-轧制法和圆环镦粗法。夹钳-轧制法测定摩擦系数的方法是，在轧制过程中用钳子夹住板材未轧入的部分，钳子的另一端与弹簧测力仪相连，利用轧辊打滑测得的水平拉力，即可确定轧辊与坯料间的摩擦系数。圆环镦粗法是将一定尺寸的圆环试样放在平砧间压缩，由于试样和砧面间接触摩擦系数的不同，圆环的内、外径在压缩过程中将有不同的变化。在任何摩擦情况下，外径总是增大的，而内径则随着摩擦系数而变化，或增大或缩小。通常以内径变化作为衡量摩擦大小的依据。利用塑性理论对圆环变形进行分析，可以求得不同摩擦系数、不同压缩量下圆环内径的变化值。由此可以作出不同摩擦系数条件下，内径随压缩量而变化的一组曲线，即摩擦系数的标定曲线。利用此标定曲线就可方便地求得试样的摩擦系数值。

上述金属塑性成形中摩擦系数的测定方法适用于金属体积成形方式，工件内部受力主要为压应力，并且摩擦系数的测定通常都是在常温条件下进行的。对于镁合金板料，其塑性成形通常都是在一定温度条件下(大约150～300℃)进行的，并且工件内部受力主要为拉应力，成形方式与体积成形不同，显然上述测定摩擦系数的方法并不适用于镁合金板料温成形时摩擦系数的测定。

发明内容

本发明就是为了解决现有方法不适用于测定镁合金板料在一定温度条件下塑性成形摩擦系数的问题；提出了一种测定镁合金板料塑性成形摩擦系数的方法；能够测定镁合金板料在温成形(150～300℃)，采用不同滑润剂时的塑性成形摩擦系数值，特别适合于测定金属板材在温成形时的润滑剂摩擦系数，也适用测定金属板材在常温成形时的润滑剂摩擦系数。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测定镁合金板料塑性成形摩擦系数的方法，包括以下步骤：

1)在镁合金试件中心加工圆形通孔；

2)将镁合金试件放置在试验装置的凹模和压边圈之间并压紧；

3)将测试的润滑剂分别均匀地喷涂到凸模和镁合金试件相接触的表面；

4)将镁合金试件加热到设定的温度；

5)设定若干凸模行程，将凸模以设定的速度拉胀试件，试件变形方式为纯胀形，测量并记录在凸模不同行程处的试件中心圆形通孔直径尺寸值；

6)将步骤5)测量的凸模不同行程处的圆形通孔直径尺寸值与摩擦系数标定曲线对照，确定试验测定的摩擦系数值。

按照所述步骤重复试验2～3次，将各次测得的摩擦系数值求平均值，作为凸模和试件之间的摩擦系数值。

所述步骤2)的压边圈外边缘设有一圈压边筋凹槽，凹模外边缘相应位置设有一圈压边筋凸台，所述凹模和压边圈之间通过螺栓连接，依靠螺栓预紧力的作用，凹模和压边圈将镁合金试样在外边缘处压制出一圈压边筋。

所述步骤6)的摩擦系数标定曲线是采用有限元数值模拟的方法绘制。

所述有限元数值模拟的方法包括以下步骤：

I)按照试验装置和镁合金试件尺寸建立有限元数值模拟分析模型；

II)采用不同的摩擦系数对镁合金试件塑性成形过程进行模拟；

III)根据模拟结果，绘制不同摩擦系数时，镁合金试件中心圆形通孔直径尺寸随凸模行程的变化曲线。

所述步骤1)镁合金试件中心圆形通孔直径尺寸为10mm。