CN104977248B - 薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 - Google Patents
薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104977248B CN104977248B CN201510319813.1A CN201510319813A CN104977248B CN 104977248 B CN104977248 B CN 104977248B CN 201510319813 A CN201510319813 A CN 201510319813A CN 104977248 B CN104977248 B CN 104977248B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- friction
- coefficient
- pin
- disk
- rubs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明公开了一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，以从待测摩擦系数的薄板件上的切割成下来的至少一块薄板试样作为一组对摩销，以模具材料制成圆盘为对摩盘，使所述对摩盘相对所述对摩销进行转动，通过对销‑盘模拟试验装置施加正压力使对摩销和对摩盘之间产生互动摩擦，形成测试薄板冲压摩擦系数的销‑盘模拟试验装置，模拟冲压工艺过程中的摩擦行为，根据待测摩擦系数的薄板件的表面载荷承载范围，选择对销‑盘模拟试验装置施加一系列不同的正压力来获取相对应的摩擦系数，建立变摩擦系数模型。本发明使得在模具材料硬度远高于钢板的硬度时不会出现犁削现象而影响摩擦系数的测定，能更准确地建立变摩擦模型，得到更为精确的模拟结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料摩擦系数测试方法，特别是涉及一种材料变摩擦系数测试方法，应用于板材冲压成形摩擦学测试和板材冲压工艺控制技术领域。
背景技术
为了适应汽车轻量化的需求，近年来在汽车冲压件中大量采用屈服强度在300MPa以上的先进高强钢。这些新材料的使用在推动汽车工业领域轻量化的同时也带来了严重的回弹问题。因此通过有限元模拟技术来提高板料回弹预测精度对于降低冲压件的制造成本、保障整车装备质量、缩短新产品的开发周期具有重要的现实意义。
朱东波等认为板料的回弹是其整个成形历史的累积效应，成形过程与摩擦接触、模具几何形状等众多因素紧密相关，这说明摩擦是回弹的主要影响因素之一。HalukDarendeliler等研究了摩擦对拉深成形的影响，采用变摩擦系数进行模拟分析的结果与实际结果更加符合。但目前在有限元数值模拟中，通常仅采用恒定摩擦系数来描述板料与模具之间的摩擦状态，不能全面、真实和精确地反应板料与模具之间的摩擦状态。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，通过销-盘试验来测定薄板与模具间的摩擦系数，采用新型销-盘摩擦副，使得在模具材料硬度远高于钢板的硬度时不会出现犁削现象而影响摩擦系数的测定，能更准确地建立变摩擦模型，得到更为精确的模拟结果，能建立更符合实际成形条件的变摩擦模型并应用于有限元模拟中。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，以从待测摩擦系数的薄板件上的切割成下来的至少一块薄板试样作为一组对摩销，以模具材料制成的圆盘为对摩盘，使所述对摩盘相对所述对摩销进行转动，通过对销-盘模拟试验装置施加正压力使对摩销和对摩盘之间产生互动摩擦，形成测试薄板冲压摩擦系数的销-盘模拟试验装置，模拟冲压工艺过程中的摩擦行为，根据待测摩擦系数的薄板件的表面载荷承载范围，选择对销-盘模拟试验装置施加一系列不同的正压力来获取相对应的摩擦系数，建立变摩擦系数模型。
作为本发明优选的技术方案，从待测摩擦系数的薄板件上切割下来至少两块尺寸相同的薄板试样制成一组对摩销，将至少两块薄板试样同时安装在载体支撑模块上，形成对摩销系统，将对摩销系统与对摩盘组成销-盘模拟试验装置，使载体支撑模块上的至少两块薄板试样向对摩盘平衡施加相同的载荷。
作为本发明进一步优选的技术方案，从待测摩擦系数的薄板件上切割下来3块尺寸相同的薄板试样制成一组对摩销，采用三爪式支撑底座将3块薄板试样同时安装在同一个圆盘式的载体支撑模块上，任意相邻的两块薄板试样在以圆盘式的载体的旋转轴心为圆心的圆周上按照120°的角度均匀排布，形成对摩销系统，使载体支撑模块上的3个薄板试样向对摩盘平衡施加相同的载荷。
作为本发明更进一步优选的技术方案，将3块薄板试样镶嵌在三爪式支撑底座上设置的销的凹坑中进行固定安装，形成对摩销系统。
在上述技术方案中，优选从待测摩擦系数的薄板件上切割的薄板试样为圆角矩形，以此作为圆角矩形薄片销。
本发明薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法主要包括如下步骤：
1.选择摩擦副材料
为了使有限元仿真模拟更精确，必须选择和实际冲压中相同的材料作为摩擦副，即钢板材料和模具材料。淬回火的模具材料硬度远高于钢板的硬度，因此传统使用传统的模具材料为销，钢板材料为盘的模式会产生严重的犁削现象，从而导致无法精确测定摩擦系数。
本发明制作的销-盘使用较软的钢板材料为销，较硬的模具材料为盘。钢板通过线切割加工成薄片销，尽量保持原有表面状态。一组薄片销镶嵌在销的凹坑中充当销，在摩擦时直接与盘接触。圆盘由模具材料制成，直径根据立式销盘万能摩擦磨损试验机的底座尺寸而定，通过热处理和打磨使其接近实际冲压中模具的硬度和表面粗糙度。
2.确定实验参数
（1）转速
按照实际冲压速度与销旋转的等效直径换算后选取的转速。
（2）时间
在能够获得满足实验要求摩擦系数的前提下，为了提高实验效率尽可能选取较短的时间，因此选取的时间为1min。
（3）润滑条件
根据条件模拟原则，摩擦试验中的润滑条件与冲压成形中应尽可能一致，采用相同的润滑油和涂抹方法。
（4）载荷
考虑摩擦磨损试验机的有效加载范围，对应模具-工件表面载荷范围在摩擦试验时选取正压力。
3.试验方法
试验在室温下，通过将销试样挤压在转盘上进行。每组销试样滑动摩擦1分钟后更换新试样。在进行试验前，销和盘都需要用丙酮在超声波除垢器里清洗干净。试验进行时，由自动机械控制的润滑油喷嘴会提供冲压用润滑油，注入量可以使每个试样附上一层冲压油薄膜。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明基于销-盘摩擦试验对钢板成形时的变摩擦系数模型进行了研究，通过使用专用的新型摩擦副进行销-盘摩擦实验，模拟了钢板冲压时摩擦系数的变化并建立变摩擦系数模型，将模型与大量研究及摩擦学理论分析进行验证，其结果更加符合材料在冲压制备时的实际摩擦状况；
2. 本发明克服了传统销-盘摩擦副的可能产生犁削现象影响摩擦系数测定的缺点，较为简便、精确的建立了钢板冲压成形时的变摩擦系数模型，以期提高实际冲压成形过程中对高强度钢板回弹预测的精确度，从而可以提高冲压件尺寸的精确度，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明优选实施例的销-盘模拟试验装置的对摩销系统的结构示意图。
图2是沿图1中A-A线的剖面图。
图3是本发明优选实施例的销-盘模拟试验装置的对摩盘的结构示意图。
图4是沿图1中B-B线的剖面图。
图5~图15是在边界润滑的条件下DP780钢依次分别在50N、100N、150N、200N、300N、400N、500N、600N、700N、800N和900N下的摩擦系数变化过程曲线。
图16为DP780钢在不同载荷下的摩擦系数试验值曲线模型图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，参见图1～图16，一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，从待测摩擦系数的薄板件上切割下来3块长宽皆为6mm×3mm的圆角矩形的薄板试样，制成3块圆角矩形薄片销作为一组对摩销，以模具材料制成的圆盘为对摩盘，具体尺寸参见图3和图4，采用三爪式支撑底座将3块薄板试样同时安装在同一个圆盘式的载体支撑模块上，将3块薄板试样镶嵌在三爪式支撑底座上设置的销的凹坑中进行固定安装，任意相邻的两块薄板试样在以圆盘式的载体的旋转轴心为圆心的圆周上按照120°的角度均匀排布，形成对摩销系统，具体尺寸参见图1和图2，将对摩销系统与对摩盘组成销-盘模拟试验装置，使载体支撑模块上的3个薄板试样向对摩盘平衡施加相同的载荷，使所述对摩盘相对所述对摩销进行转动，通过对销-盘模拟试验装置施加正压力使对摩销和对摩盘之间产生互动摩擦，形成测试薄板冲压摩擦系数的销-盘模拟试验装置，模拟冲压工艺过程中的摩擦行为，根据待测摩擦系数的薄板件的表面载荷承载范围，选择对销-盘模拟试验装置施加一系列不同的正压力来获取相对应的摩擦系数，建立变摩擦系数模型。试验在室温下，通过将销试样挤压在转盘上进行，摩擦半径19mm。
本实施例以先进高强度双相钢DP780板材为研究对象，采用专用的销-盘摩擦副，研究在边界润滑条件下不同正向界面载荷的摩擦系数，基于此建立基于不同载荷的变摩擦系数模型。
在本实施例中，试验用高强钢为1.0mm厚的DP780双相先进高强度钢裸板，其力学性能见表1。为了使试验更准确，选择和实际冲压中相同的DC53冷作模具钢材料作为摩擦副。
在本实施例中，使用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机销-盘试验来测摩擦系数。本实施例的销-盘结构和尺寸图如图1~图4所示。将较软的DP780板材加工成长宽为6mm×3mm的圆角矩形薄片销，镶嵌在销的凹坑中，在摩擦时直接与盘接触。而试验时，盘材料经过热处理后硬度为61HRC，表面粗糙度为Ra0.04~0.05um。
在本实施例中，按照10mm/s的实际冲压速度与销旋转的等效直径换算后，选取的转速为8r/min，摩擦半径19mm，摩擦实验时间设定为1分钟。根据条件模拟的原则，摩擦试验中的边界润滑与冲压成形中应尽量一致，采用相同的润滑油和涂抹方法；所用润滑剂为专用冲压润滑油，其成分质量分数为90％矿物油(Redwood黏度系数为70~80s)＋10％石蜡(含氯35％)，按100-120 g/m2的边界润滑油量标准，并用针筒在每片钢片上注射并均匀涂抹润滑油。考虑摩擦磨损试验机的有效加载范围，在摩擦试验时选取的加载为50N、100N、150、200N、300N、400N、500N、600N、700N、800N、900N，对应的模具/工件表面载荷范围为1.03MPa~18.5MPa，参见图5~图15。
在本实施例中，图16是在边界润滑的条件下，测得的不同载荷下的摩擦系数曲线。在实际冲压过程中，尽管模具表面可能不是新鲜表面，但板材表面总是新鲜表面，实际冲压时的摩擦系数应该是摩擦初期阶段的摩擦系数，基于此考虑，采用前5秒的摩擦系数测试值取平均值作为研究的摩擦系数，具体见表2。
将表2数据描绘成图16所示曲线图，可见随着载荷的增大摩擦系数减小，即载荷越小摩擦系数越大。当法向载荷增大时，由于板料的硬度相对于模具而言较低，在较大的法向载荷作用下，板料和模具间的接触面积增大，单位接触应力减小，导致摩擦系数随法向载荷的增大而减小。这和大量研究及摩擦学理论分析结果相吻合。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，其特征在于：以从待测摩擦系数的薄板件上的切割成下来的至少一块薄板试样作为一组对摩销，以模具材料制成的圆盘为对摩盘，使所述对摩盘相对所述对摩销进行转动，通过对销-盘模拟试验装置施加正压力使对摩销和对摩盘之间产生互动摩擦，形成测试薄板冲压摩擦系数的销-盘模拟试验装置，模拟冲压工艺过程中的摩擦行为，根据待测摩擦系数的薄板件的表面载荷承载范围，选择对销-盘模拟试验装置施加一系列不同的正压力来获取相对应的摩擦系数，建立变摩擦系数模型。
2.根据权利要求1所述薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，其特征在于：从待测摩擦系数的薄板件上切割的薄板试样为圆角矩形，以此作为圆角矩形薄片销。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510319813.1A CN104977248B (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510319813.1A CN104977248B (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104977248A CN104977248A (zh) | 2015-10-14 |
| CN104977248B true CN104977248B (zh) | 2017-12-22 |
Family
ID=54273968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510319813.1A Expired - Fee Related CN104977248B (zh) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104977248B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI636246B (zh) * | 2017-03-21 | 2018-09-21 | 中國鋼鐵股份有限公司 | 自粘電磁鋼片及衝切油之相容性的量測系統及其量測方法 |
| CN108663314A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-10-16 | 南京理工大学 | 一种滚珠丝杠副摩擦系数测试方法 |
| CN110052539B (zh) * | 2019-04-24 | 2020-11-13 | 首钢集团有限公司 | 一种用于冲压工艺中润滑剂润滑效果评价方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5311763A (en) * | 1992-02-27 | 1994-05-17 | Conner Peripherals, Inc. | Method and apparatus for measuring bearing friction |
| DE10116760A1 (de) * | 2001-04-04 | 2002-10-17 | Bayer Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Reibungskoeffizienten |
| CN101629888A (zh) * | 2008-07-14 | 2010-01-20 | 宋冬冬 | 改进的销-盘摩擦磨损试验机 |
| CN204286967U (zh) * | 2014-11-10 | 2015-04-22 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种销盘式腐蚀磨损试验装置 |
-
2015
- 2015-06-11 CN CN201510319813.1A patent/CN104977248B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104977248A (zh) | 2015-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104977248B (zh) | 薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法 | |
| Duflou et al. | Experimental study on force measurements for single point incremental forming | |
| KR20050103350A (ko) | 절리면 전단시험장치 | |
| Brinksmeier et al. | Tribological behavior of micro structured surfaces for micro forming tools | |
| KR101440108B1 (ko) | 마찰계수 측정 및 내골링 특성평가 겸용 스크래치 시험장치 | |
| CN102507378B (zh) | 一种改进的动态剪切流变仪夹具及其测试方法 | |
| Dilmec et al. | Effect of geometrical and process parameters on coefficient of friction in deep drawing process at the flange and the radius regions | |
| Ceron et al. | A methodology for off-line evaluation of new environmentally friendly tribo-systems for sheet metal forming | |
| KR101279279B1 (ko) | 스테인리스강의 버핑 시험편 제조장치 및 이를 이용한 버핑 시험편 제조방법 | |
| CN1391095A (zh) | 一种微动试验夹具及其试验方法 | |
| CN205015336U (zh) | 润滑脂高温润滑性能试验装置 | |
| Zheng et al. | Investigation on wear-induced edge passivation of fine-blanking punch | |
| CN106404580A (zh) | 一种金属高速高压摩擦试验机 | |
| CN111781058A (zh) | 一种岩石粘聚力和内摩擦角测试装置及方法 | |
| Bay et al. | Off-line testing of tribo-systems for sheet metal forming production | |
| Brinkschulte et al. | An approach to wear simulation of hydrostatic drives to improve the availability of mobile machines | |
| Tisza et al. | A general overview of tribology of sheet metal forming | |
| CN107907563A (zh) | 一种热冲压测量工装及其使用方法 | |
| Fattouh | Some investigations on the ballizing process | |
| CN207816877U (zh) | 一种热冲压测量工装 | |
| CN105067512B (zh) | 一种用于srv模拟评价变速箱齿轮油同步器的摩擦性能的摩擦副试件 | |
| CN102806280B (zh) | 一种数控转塔冲床 | |
| Warhadpande et al. | Effects of fretting wear on rolling contact fatigue life of M50 bearing steel | |
| RU120226U1 (ru) | Образец из металла для исследования влияния поверхностной пластической деформации на параметры состояния поверхностного слоя | |
| Suzuki et al. | Identification of nonlinear viscoelasticity of polishing pad using an on-machine compression tester |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20171222 Termination date: 20200611 |