[发明专利]一种定制条件下热成形钢摩擦因子的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及摩擦学领域，具体地指一种定制条件下热成形钢摩擦因子的测量方法及装置

技术背景

近年来，随着对汽车轻量化、节能减排和安全性的要求日益提高，超高强度钢越来越多的被用于车体的重要结构件和安全零部件的制造，如A柱、B柱、防撞梁等。高强度钢板冷冲压成形后的强度可达800－1000MPa，传统的冷冲压方法难以解决超高强度钢板在汽车车身制造中遇到的所需的成形载荷大，成形后零件的回弹难以控制，导致零件尺寸和形状稳定性变差等问题。在追求低成形力、超高强度的成形技术过程中，低合金高强钢热成形技术获得应用。

随着高强钢及热冲压成形技术在汽车工程中的推广应用，人们逐渐认识到，除了提高汽车结构件强度之外，零部件力学性能与车身安全性要求相匹配的问题同样值得关注，即同一零件的不同区域实际上有着不同的力学性能需求，获得零件定制力学性能一般有如下方式：坯料初始温度定制化，模具温度定制化，冷却速率定制化。

摩擦在热成形过程中是至关重要的，影响着零件的最终质量，同时与零件与模具的表面磨损也直接相关。热成形过程中，热成形钢的摩擦因子测量一直是一个重要的科学问题，也引起了国内外众多学者的研究，然而对于在定制条件下的热成形摩擦因子测量方法或装置却鲜有提及。随着定制力学性能的高强钢热成形零件的逐步应用，传统的测定坯料温度，模具温度，冷却速率和初始组织均一的热成形钢摩擦因子已经不能满足实际需求。本发明正是基于这一点提出了一种定制条件下热成形钢摩擦因子的测量方法及装置。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种测量定制条件下热成形钢摩擦因子的方法及其装置，该装置和方法能使得我们获得在定制条件下的热成形钢摩擦因子，为实际生产和数值模拟参数设定提供指导。

为实现此目的，本发明提出一种定制条件下热成形钢摩擦因子的测量装置，其特征在于：

其包括加热炉，可控加热模具，压力加载装置，夹紧装置，滚珠丝杠，拉力传感器，压力传感器，温度测量仪，数据采集系统，炉温控制器，导轨，上支架,下底座；所述加热炉的加热温度受炉温控制器的控制；所述导轨位于加热炉一侧，所述滚珠丝杠位于导轨上方；所述滚珠丝杠由伺服电机驱动，带动夹紧装置，所述夹紧装置安装在导轨上，用于夹紧待测对象，在滚珠丝杠的作用下，夹紧装置带动待测对象作水平方向移动；拉力传感器安装在所述滚珠丝杠与夹紧装置之间；所述下底座位于滚珠丝杠和加热炉之间，所述上支架位于下底座上，两者之间留有空间，以供待测对象在其间水平移动；可控加热模具安装在下底座以及压力加载装置之间，可控加热模具由上模块和下模块组成，上、下模块表面几何和物理特征相同，上、下模块之间有空间供待测对象水平穿过；所述压力加载装置安装在上支架上，所述压力加载装置通过压力传感器向待测对象施加压力；

工作时，待测对象一端在加热炉内，另一端由夹紧装置夹紧，由伺服电机驱动下的滚珠丝杠通过拉力传感器，将拉力传递到夹紧装置，使待测对象水平移动；在移动过程中，待测对象同时接受位于上部的压力加载装置通过压力传感器传来的压力，和可控加热模具传来的热量；

所述温度测量仪是非接触式温度测量仪，用于测量待测对象进入可控加热模具时刻的温度，其输出与数据采集系统相连；所述数据采集系统，分别与拉力传感器、压力传感器、温度测量仪电气连接，在待测对象移出过程中，采集相应的温度、垂直压力值和水平拉力值，并按摩擦因子＝0.5×水平拉力F_l/垂直压力F_n计算出在不同温度下，待测对象移出过程中摩擦因子。

进一步的，在加热炉出口处装有可控气体流量喷射装置，在待测对象移出过程中，对其喷射气流以改变冷却速度。

进一步的，所述可控气体流量喷射装置的喷气口是环形的，所喷射的是压缩空气或者压缩氮气，保证坯料各区域获得一致的冷却速率。

进一步的，所述的可控加热模具用热作模具钢制成，内置可控加热器件。

进一步地，所述的可控加热模具用高温保温材料包裹，使得模具温度更快上升到更高温度；

进一步的，所述的数据采集系统采集压力传感器、拉力传感器、温度测量仪、可控加热模具、可控气体流量喷射装置的压力、拉力、温度信息，并计算、存储和显示摩擦因子随温度变化的曲线。

相应地，基于所述装置，本发明提出一种定制条件下热成形钢摩擦因子的测量方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)参数设定：设定压力加载装置压力值、可控加热模具的温度场、滚珠丝杠水平牵引速度、加热炉温度、数据采集系统采样频率、可控气体流量喷射装置的喷气流量；