CN109877180A - 一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置及方法，热挤压装置的挤压轴设置于挤压筒的一端并与挤压腔适配设置，挤压模座设置于挤压筒的另一端，挤压模座与挤压筒之间设有第一压电式传感器；挤压模设置于挤压模座上靠近与挤压筒的一端，挤压模与挤压筒之间预留有间隙，挤压模与挤压腔同轴；加热装置设置于挤压筒外部；挤压筒沿挤压腔的轴线划分为左挤压筒和右挤压筒，测力装置安装于左挤压筒以及右挤压筒上，用于测量挤压过程中与挤压腔轴线垂直方向上的力。本发明的装置在热挤压过程中能够测得挤压筒内壁所受径向压力以及挤压筒轴向所受摩擦力，进而得到不同温度下润滑剂的摩擦系数。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，特别是一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置及方法。
背景技术
挤压是金属塑性成形的主要方法之一，可以直接生产管、棒、型、排材等半成品金属材料，在铝加工、铜加工、钛合金及高熔点稀有金属材料加工等有着广泛的应用。在挤压过程中，模具与坯料之间的摩擦力会阻碍材料的流动，使挤压力增大，坯料变形不均匀，影响挤出件的尺寸精度和表面粗糙度，严重的摩擦会导致模具磨损或增加模具表面处理费用，降低生产效率。
在模具和坯料表面涂抹固体或液体润滑剂，通过表面处理(如表面渗氮、镀锌等)提高模具表面光洁度和硬度都可以降低模具与坯料之间的摩擦力。挤压过程中，坯料不断产生新表面，坯料表面与模具表面通常具有较大的接触压力，且在成形过程中塑性变形热会导致接触表面温度升高，这些因素都会使润滑条件不稳定，导致成品件无法达到预期效果。因此，研究不同种润滑剂对模具和坯料之间的摩擦，有至关重要的意义。
目前摩擦系数的测量大多是使用球盘实验等标准摩擦学实验设备，或者使用模拟仿真软件与实际工艺参数的对比来估计润滑剂的摩擦系数。实际研究中，仍然缺少一种行之有效的方法，能够原位测量挤压过程中润滑剂的摩擦系数。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置及方法，本发明能够对挤压过程中挤压筒不同方向的受力情况进行测量，从而原位获得坯料与挤压模具间摩擦系数，为润滑剂的研发提供更切合实际的测试方法。
为了实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案：
一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，包括挤压轴、挤压筒、挤压模、挤压模座、测力装置和加热装置，挤压轴设置于挤压筒的一端并与挤压筒的挤压腔适配设置，挤压模座设置于挤压筒的另一端，挤压模座与挤压筒之间设有第一压电式传感器；挤压模设置于挤压模座上靠近挤压筒的一端之间，挤压模与挤压筒之间预留有间隙，所述间隙用于防止在挤压过程中挤压模与挤压筒接触受力，挤压模与挤压腔同轴；
加热装置设置于挤压筒外部，用于对挤压筒和挤压模加热；
挤压筒沿挤压腔的轴线划分为左挤压筒和右挤压筒，测力装置安与左挤压筒以及右挤压筒连接，测力装置用于测量挤压过程中与挤压腔轴线垂直方向上的力。
测力装置包括左夹板、右夹板以及若干螺栓，左夹板和右夹板分别与左挤压筒和右挤压筒连接，左夹板和右夹板均与左挤压筒和右挤压筒的交界面平行；左夹板和右夹板通过螺栓进行装配连接，螺栓的轴线与挤压腔轴线垂直，螺栓上设有用于测量螺栓轴向力的第二压电式传感器。
若干螺栓关于挤压腔的轴线对称布置。
左夹板和右夹板上均开设有供螺栓穿过的通孔，左夹板、右夹板、左挤压筒和右挤压筒通过螺栓和螺母连接为整体结构。
挤压筒的形状为长方体，左挤压筒和右挤压筒为挤压筒沿挤压腔的轴线对称划分而成的结构。
第二压电式传感器采用BiT陶瓷压电片。
加热装置采用电磁感应加热线圈。
挤压筒上在挤压腔端部开设有用于对挤压模进行限位的凹槽，挤压筒与限位凹槽的底部之预留有间隙。
第一压电式传感器采用BiT陶瓷压电片。
一种用于测量挤压筒内壁摩擦系数的方法，采用本发明的上述热挤压装置进行，过程如下：
步骤1，对挤压筒、挤压模和待挤压的坯料涂敷润滑剂，坯料加热到指定热挤温度，将挤压筒和挤压模预热到指定温度并保持恒温；
步骤2，将坯料放入挤压筒的挤压腔内，而后通过挤压轴对坯料施加力进行挤压，挤压过程中，通过第一压电式传感器以及测力装置检测挤压筒的受力情况；
步骤3，挤压完成后，对第一压电式传感器以及测力装置检测的数据进行处理，计算出挤压时润滑剂对挤压筒内壁的摩擦系数。
本发明具有如下有益效果：
本发明的用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置通过在挤压筒与挤压模座之间设置第一压电式传感器，因此能够根据在挤压过程中第一压电式传感器数值的变化量得出挤压筒沿轴方向的受力，该力即为坯料对挤压筒内壁的摩擦力。挤压筒沿挤压腔的轴线划分为左挤压筒和右挤压筒，测力装置安装于左挤压筒以及右挤压筒上，测力装置能够测量挤压过程中与挤压腔轴线垂直方向上的力；通过测力装置测得的力进行受力分析，能够得出挤压筒内壁所受的径向压力。挤压筒内壁所受的摩擦力与径向压力之比即为润滑剂的摩擦系数。通过加热装置对挤压筒和挤压模加热，能够通过本发明的装置测量不同温度下润滑剂的摩擦系数。综上所述，本发明能够对挤压过程中挤压筒不同方向的受力情况进行测量，从而原位获得坯料与挤压模具间摩擦系数，为润滑剂的研发提供更切合实际的测试方法。
本发明的用于测量挤压筒内壁摩擦系数的方法，采用本发明的上述热挤压装置进行，先对挤压筒、挤压模和待挤压的坯料涂敷润滑剂，后把坯料加热到指定热挤温度，将挤压筒和挤压模预热到指定温度并保持恒温；然后将坯料放入挤压筒的挤压腔内，而后通过挤压轴对坯料施加力进行挤压，挤压过程中，通过第一压电式传感器以及测力装置检测挤压筒的受力情况；挤压完成后，对第一压电式传感器以及测力装置检测的数据进行处理，计算出挤压时润滑剂对挤压筒内壁的摩擦系数。由此可以看出，本发明的用于测量挤压筒内壁摩擦因数的方法过程简单；由本发明用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置的有益效果可知，由于该装置更接近实际材料加工设备，能够进行简化的棒材热挤压加工，该装置包含了在实际热挤压中润滑剂所受的影响因素，因此通过本发明的方法测量所得的挤压筒内壁摩擦系数更加接近实际值，结果更加准确。
附图说明
图1为本发明用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置的模具等轴视图；
图2为本发明用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置的模具拆分图；
图3为本发明用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置沿挤压腔轴线方向的剖视图。
图中各个标号代表：1-挤压轴，2-坯料，3-左挤压筒，4-右挤压筒，5-挤压模，6-挤压模座，7-左夹板、8-右夹板，9-螺栓，10-螺母，11-第二压电式传感器、12-第一压电式传感器，13-电磁感应加热线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，包括挤压轴1、挤压筒、挤压模5、挤压模座6、测力装置和加热装置，挤压轴1设置于挤压筒的上端并与挤压筒的挤压腔适配设置，挤压模座6设置于挤压筒的下端，挤压模座6的上端与挤压筒的下端在挤压模座6与挤压筒的接触部位设有第一压电式传感器；挤压模5设置于挤压模座6的上顶端，挤压模5的上端与挤压筒的下端预留有间隙，该间隙能够保证挤压筒受力后，避免挤压模5顶住挤压筒，防止第一压电式传感器测力不准确，同时要求挤压模5与挤压腔同轴；加热装置设置于挤压筒外部，用于对挤压筒和挤压模5加热，以满足热挤压工艺需求；挤压筒沿挤压腔的轴线划分为左挤压筒3和右挤压筒4，测力装置安装于左挤压筒3以及右挤压筒4上，测力装置用于测量挤压过程中与挤压腔轴线垂直方向上的力。
作为本发明优选的实施方案，本发明的测力装置包括左夹板7、右夹板8以及若干螺栓9，左夹板7和右夹板8分别与左挤压筒3和右挤压筒4连接，左夹板7和右夹板8均与左挤压筒3和右挤压筒4的交界面平行；左夹板7和右夹板8通过螺栓9进行装配连接，螺栓9的轴线与挤压腔轴线垂直，螺栓9上设有用于测量螺栓9轴向力的第二压电式传感器11。其中，若干螺栓9关于挤压腔的轴线对称布置。第二压电式传感器11采用BiT陶瓷压电片。左夹板7和右夹板8上均开设有供螺栓9穿过的通孔，左夹板7、右夹板8、左挤压筒3和右挤压筒4通过螺栓9和螺母10连接为整体结构。利用本实施例的用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置测量挤压筒内壁摩擦因数的过程包括如下步骤(其中本发明在测量挤压筒内壁摩擦因数时所需设备为YJ32-160B液压机和Yj-5型静态应变仪)：
步骤1.利用线切割技术切割出所需大小待挤压的坯料，并对坯料进行完全退火；
步骤2.对坯料、挤压筒和挤压模涂敷润滑剂，然后把坯料加热到指定热挤温度，并让挤压筒和挤压模5预热到指定温度并保持恒温；
步骤3.将坯料放入挤压筒内，而后用挤压轴1对坯料2进行挤压。挤压过程中，通过第一压电式传感器12以及第一压电式传感器11检测挤压筒的受力情况；
步骤4.挤压完成后，对第一压电式传感器12以及第一压电式传感器11检测得到的数据进行处理，计算出挤压时润滑剂对挤压筒内壁的摩擦系数。
步骤4中，对数据进行处理时，通过测量数据，可绘制不同润滑材料在热挤压过程中与挤压筒接触产生的摩擦系数曲线图，为热挤压材料寻找最优的润滑剂提供实验手段。润滑剂的优化选择可有效提高挤压筒使用寿命和制品件的表面质量，使成品率提升，提高实验研究效率，节省了时间和金钱。
作为本发明优选的实施方案，本发明的挤压筒的形状为长方体，左挤压筒3和右挤压筒4为挤压筒沿挤压腔的轴线对称划分而成的结构。
如图1所示，作为本发明优选的实施方案，本发明的加热装置采用电磁感应加热线圈13，将电磁感应加热线圈13绕设于挤压筒、左右夹板和挤压模5整体的外围，以便更好的对挤压筒和挤压模5加热。
作为本发明优选的实施方案，在本发明用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置的挤压筒、左右夹板、挤压模5以及挤压模座6的外部设置保温装置，通过保温装置能够使得整个装置受外接温度变化的影响较小，进一步保证测量结果的可靠性。
如图3所示，作为本发明优选的实施方案，本发明的挤压筒上在挤压腔端部开设有用于对挤压模5进行限位的凹槽，挤压筒与限位凹槽的底部之预留有间隙。
本发明在挤压筒与挤压模座之间放置同心的环形压电式传感器，根据在挤压过程中传感器数值的变化量可以得出挤压筒沿轴方向的受力，即坯料对挤压筒内壁的摩擦力。同时，在连接左、右挤压筒以及夹板的各个螺栓上分别贴有环形压电式传感器，在挤压过程中能够测得螺栓所受拉力的变化，从而能够根据挤压筒的受力分析得出挤压筒内壁所受的径向压力。挤压筒内壁所受的摩擦力与径向压力之比即为润滑剂的摩擦系数。
本发明中，第一压电式传感器12和第二压电式传感器11均为环形BiT陶瓷压电片，其响应速度快，耐高温，在高温下正压电效应不失效，可以在高温条件下正常使用；因此能够有效测量在热挤压过程中挤压筒所受的径向压力和轴向摩擦力。
Claims (10)
1.一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，包括挤压轴(1)、挤压筒、挤压模(5)、挤压模座(6)、测力装置和加热装置，挤压轴(1)设置于挤压筒的一端并与挤压筒的挤压腔适配设置，挤压模座(6)设置于挤压筒的另一端，挤压模座(6)与挤压筒之间设有第一压电式传感器；挤压模(5)设置于挤压模座(6)上靠近挤压筒的一端，挤压模(5)与挤压筒之间预留有间隙，挤压模(5)与挤压腔同轴；
加热装置设置于挤压筒外部，用于对挤压筒和挤压模(5)加热；
挤压筒沿挤压腔的轴线划分为左挤压筒(3)和右挤压筒(4)，测力装置与左挤压筒(3)以及右挤压筒(4)连接，测力装置用于测量挤压过程中与挤压腔轴线垂直方向上的力。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，测力装置包括左夹板(7)、右夹板(8)以及若干螺栓(9)，左夹板(7)和右夹板(8)分别与左挤压筒(3)和右挤压筒(4)连接，左夹板(7)和右夹板(8)均与左挤压筒(3)和右挤压筒(4)的交界面平行；左夹板(7)和右夹板(8)通过螺栓(9)进行装配连接，螺栓(9)的轴线与挤压腔轴线垂直，螺栓(9)上设有用于测量螺栓(9)轴向力的第二压电式传感器。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，若干螺栓(9)关于挤压腔的轴线对称布置。
4.根据权利要求2所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，左夹板(7)和右夹板(8)上均开设有供螺栓(9)穿过的通孔，左夹板(7)、右夹板(8)、左挤压筒(3)和右挤压筒(4)通过螺栓(9)和螺母(10)连接为整体结构。
5.根据权利要求2所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，挤压筒的形状为长方体，左挤压筒(3)和右挤压筒(4)为挤压筒沿挤压腔的轴线对称划分而成的结构。
6.根据权利要求2所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，第二压电式传感器采用BiT陶瓷压电片。
7.根据权利要求1所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，加热装置采用电磁感应加热线圈。
8.根据权利要求1所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，挤压筒上在挤压腔端部开设有用于对挤压模(5)进行限位的凹槽，挤压筒与限位凹槽的底部之预留有间隙。
9.根据权利要求1所述的一种用于测量挤压筒内壁摩擦因数的热挤压装置，其特征在于，第一压电式传感器采用BiT陶瓷压电片。
10.一种用于测量挤压筒内壁摩擦系数的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任意一项所述的热挤压装置进行，包括如下步骤：
步骤1，对挤压筒、挤压模(5)和待挤压的坯料涂敷润滑剂，把坯料加热到指定热挤温度，将挤压筒和挤压模(5)预热到指定温度并保持恒温；
步骤2，将坯料放入挤压筒的挤压腔内，而后通过挤压轴(1)对坯料施加力进行挤压，挤压过程中，通过第一压电式传感器以及测力装置检测挤压筒的受力情况；
步骤3，挤压完成后，对第一压电式传感器以及测力装置检测的数据进行处理，计算出挤压时润滑剂对挤压筒内壁的摩擦系数。
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