[发明专利]一种热塑性成形摩擦特性参数的测试装置与测试方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成形领域，尤其涉及一种金属热塑性成形过程摩擦特性的测试装置与测试方法。

背景技术

塑性成形是金属材料的重要加工方法之一。为提高成形过程金属的塑性变形能力、降低变形抗力，许多塑性成形都需要在高温状态下进行。同时，成形过程中工件与模具的接触面上存在压力以及摩擦力的强烈作用，会对生产带来负面的影响，例如增大变形抗力、模具磨损、工件表面擦伤，以及改变变形体内的应力状态、产生残余应力等。为了减小摩擦、提高模具使用寿命以及塑性成形的质量，实践中一般要采取适当的润滑措施，即在工件和模具的接触面上涂敷一定的润滑剂。由于塑性成形时材料不断变形、摩擦面不断变化，且接触面上的压强和温度一般很高，因此塑性成形的摩擦与润滑问题十分复杂，迄今对摩擦机理及影响因素、理论分析方法等相关问题的认识仍有待深入。

准确测定塑性成形过程的摩擦系数（或摩擦因子）等摩擦特性参数，对计算成形载荷、提高塑性成形数值模拟的精度、分析和预测成形的缺陷以及合理指导生产实践等均具有重要意义。目前，测定塑性成形过程摩擦特性参数的实验方法主要有圆环镦粗法、轧制法等。但这些方法在测试热态下塑性成形的摩擦特性参数时，由于试样在加热炉中取出后降温很快，以及试样和模具的温度无法准确控制等原因，测试结果常常存在很大误差。利用Gleeble热模拟机等设备，虽然可以在相对准确的温度条件下进行热压缩等实验，并在此基础上测定热塑性变形过程的摩擦特性参数，但除了试验成本高以外，受到设备本身的限制，热模拟试验机能够压缩的试样尺寸较小，很难采用常规的圆环镦粗法测量热塑性变形过程的摩擦系数；另外，热模拟机一般采用对试样两端接通电流的电阻加热方式，在测试不导电的玻璃基润滑剂等材料时，实验就难以进行。

鉴于现有方法存在温度难以准确控制、测试误差大、操作不便等问题，有必要寻找一种能够模拟实际热塑性成形过程，准确控制试样与模具温度，且容易实现、精度较高的塑性成形摩擦特性参数的测试手段。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种热塑性成形摩擦特性参数的测试装置，以及利用该装置进行的热塑性成形摩擦特性参数的测试方法。

本发明提供的热塑性成形摩擦特性参数的测试装置，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，圆柱体的顶面在与所述上模板圆形凹槽内的台阶状通孔和圆形通孔相对应的位置，分别加工有螺纹孔和光孔，用螺钉将上模板和上模块连接，用销钉将上模板和上模块定位；上隔热环为中空的环状体，所述环状体上端的外壁采用紧配合方式嵌入所述上模板的圆形凹槽内。

下模部分由下模板、下模块、下隔热环、弹簧、电加热丝、石棉隔热板、热电偶测温计、螺钉和销钉组成。下模板是外形为圆形或矩形的厚板，厚板上表面的中间有一个圆形凹槽，圆形凹槽的底面和下模板的下表面之间有台阶状通孔和圆形通孔，沿板厚方向的中间有一个与上、下表面平行的横向通孔，所述横向通孔穿过下模板圆形凹槽的轴心，在圆形凹槽的轴心及其两侧有三个垂直通孔与所述横向通孔相连，且所述圆形凹槽轴心两侧的垂直通孔中，一个离圆形凹槽的轴心较近，另一个离圆形凹槽的轴心较远。下模块为圆柱体，材料与实际热塑性成形模具所使用的材料相一致，所述圆柱体的侧壁有石棉隔热板，圆柱体的底面与所述下模板的圆形凹槽的底面贴合，且轴心与下模板圆形凹槽的轴心对齐，圆柱体的底面在与下模板圆形凹槽内的台阶状通孔以及圆形通孔相对应的位置，分别加工有螺纹孔和光孔，用螺钉将下模板和下模块连接，用销钉将下模板和下模块定位；下模块的圆柱体的中间有一个通孔，在与离所述下模板圆形凹槽的轴心较近的垂直通孔对应位置有一个盲孔。下隔热环为中空的环状体，环状体内壁有石棉隔热板，外壁的下端有一个凸台阶，且凸台阶下端采用紧配合嵌入所述下模板的圆形凹槽内，下隔热环的环状体外、在凸台阶上方外套有一个弹簧，下隔热环内壁的石棉隔热板和下模块侧壁的石棉隔热板之间有电加热丝，电加热丝的导线通过下模板上离圆形凹槽的轴心较远的一个垂直通孔和横向通孔引出到下模部分的外面。