CN109883944A - 一种拉拔变形摩擦系数的测试装置 - Google Patents

Abstract

一种金属拉拔塑性成形摩擦系数测试装置，由摩擦修正系数测试装置以及拉拔变形摩擦系数测定装置两部分组成，拉拔变形摩擦系数测定装置得测试原理，通过在拉拔变形区和定径区模具表面间隔设置压力和温度传感器，使每一压力传感器在同一横断面均设置有温度传感器，当传感器的轴向间隔足够小时，可以近似认为在这一间隔内，模具作用于试样的法向应力和润滑油温度相等，根据半模角和传感器间距，计算每个压力传感器所对应的模具内表面与试样的接触面积，从而计算出摩擦系数。

Description

一种拉拔变形摩擦系数的测试装置

技术领域

本发明涉及到一种摩擦系数测试方法及装置，尤其涉及到一种拉拔变形摩擦系数的测试装置。

背景技术

拉拔成形具有制品尺寸精确，表面光洁度高；设备简单，维修方便，在一台设备上可以生产多品种、多规格的制品；适合于各种金属及合金的细丝和断面面积较小型材的生产，适用范围广。拉拔法被广泛应用于有色金属管、线、型材的生产。而拉拔时润滑状态对制品表面质量及变形均匀性的影响甚大，由于拉拔变形区应力分布表现为拉拔入口段法向应力大于出口段的法向应力，变形热也会导致润滑剂在整个过程中很难保持一个恒定的物理特性。因此，很难用几个点或一个平均值来评价整个拉拔变形区的摩擦状态。

目前，拉拔变形的摩擦状态主要是通过摩擦系数的测量来评判润滑状态，但已有的方法均未考虑变形热以及法向应力分布不均衡的特点，只是把模具法向应力简单作为一个合力，假定一个摩擦系数，依据静力平衡来计算模具与坯料之间的摩擦系数。所求拉拔变形的摩擦系数其实质是拉拔变形区的一个算术平均值。

针对以上不足，本发明提供一种充分考虑变形区温度分布及法向载荷影响的摩擦系数测试装置及方法。

发明内容

本发明提供了一种金属拉拔塑性成形摩擦系数测试装置，其特征在于，本装置由两部分组成，摩擦修正系数测试装置以及拉拔变形摩擦系数的测定装置。

所述摩擦修正系数测试装置，其特征在于，装置由滑道固定部件、滑道加热部件、加载小车、法向加载部件、拉力测试计、加速度测试计；所述摩擦修正系数的测试原理，特征在于，摩擦对偶材料分别为被拉拔材料制成的滑块和模具材料制成的对偶滑道，对偶滑道的滑动面被固定时让其置于水平面，对偶滑道工作面温度受滑道加热部件所控制，滑道加热部件采用直接或间接加热方式，对偶滑道工作面的温度采用热电偶和温控仪实现测量与控制；试样滑块采用采用机械或胶接方式固定于加载小车的底部，重物载荷固定于法向加载部件，采用恒力加载方式的拉力计拖动加载小车在滑道上滑动，拉力测试计和试样滑块速度测试计分别测试其拉力和加速度。从而根据牛顿定律，计算出加载小车与滑道之间的滑动摩擦力，根据加载小车、法向加载部件以及加载重物的重量，滑块与滑道的接触面积，计算出该温度和法向载荷条件下的摩擦系数，从而计算此状态下的摩擦系数与基准条件下的摩擦系数之比值，其比值便为此状态的摩擦系数修正系数。

滑道加热部件包含加热及温度控制部分，温度加热范围为室温至700 ℃，温度控制采用热电偶，滑道固定部件采用机械方式把模具对偶材料制成的滑道固定于滑道加热部件之上，使滑道工作面处于水平面；拉力测试计包括拉力施加装置和拉力测试装置，拉力施加装置采用恒拉力施加方式，拉力测试装置采用应变片方式，拉力施加装置与试样滑块加载部件之间采用拉力测试装置连接；试样滑块加速度测试计，采用纸带打孔，或位移传感器与计时器组合测量方式。

本发明提供一种采用改进的分模法测试拉拔变形的摩擦系数，装置由两半拉模，拉模径向紧固装置、拉力测试计组成；其特征在于，采用两半拉模拼合成的锥形拉拔模具作为测试机构，拉拔模具出口端采用拉力测试计作为夹头与驱动装置之间的连接件，测试其拉拔力T；

所述半拉模的特征，半模角θ优选为6-15°，两半拉模处于工作状态时，其外轮廓为椎台形。

所述拉模径向紧固装置为套筒结构，套筒内表面为锥面，其锥角与半拉模外轮廓的椎台形锥角相同，且拉模径向紧固装置内锥面最小端半径小于两半拉模出口端的外圆半径，两半拉模出口端内缩于半拉模径向紧固装置的内缩量为5-50mm。

所述两半拉模，其特征在于：在由模具入口至出口的模具表面沿不同线路分段设置压力传感器和温度传感器，其设置特征在于，每一压力传感器在同一横断面位置设置有温度传感器。

所述改进分模法的测试原理为，通过在拉拔变形区和定径区模具表面间隔设置压力和温度传感器，使每一压力传感器在同一横断面均设置有温度传感器，当传感器的轴向间隔足够小时，可以近似认为在这一间隔内，模具作用于试样的法向应力和润滑油温度相等，根据半模角和传感器间距，计算每个压力传感器所对应的模具内表面与试样的接触面积。从而依据下式求得基准温度下的摩擦系数；

上式中，K_i、K_j分别为变形区、定径区各压力传感器位置所对应温度和法向压力条件下，摩擦系数修正系数，由步骤1所测得；

S_i、S_j分别为变形区、定径区各压力传感器位置所对应模具内表面与试样的接触面积；

σ_i、σ_j分别为变形区、定径区各压力传感器所测压力与压力传感器的受力面积之比；

T为拉拔试样时测力计所测得的拉力；

μ为所测基准条件下拉拔变形的摩擦系数。

本发明的优点：

1). 测试不同温度和不同法向载荷对摩擦状态的影响，采用与基准温度下摩擦系数的修正系数来考虑拉拔变形区温度的影响；

2). 利用分段设置压力传感器，考虑了拉拔模具法向应力变化对摩擦状态的影响；

3). 利用本方法，可以精确描述拉拔变形各段的摩擦状态，针对不同变形特性选择最为合适的润滑剂；

4). 相比单一试样测试而言，利用多柱支撑可以容易调整试样滑块与滑道机械加工方向的夹角，从而消除加工方向对摩擦系数的影响。

附图说明，下面再结合附图对本发明作进一步说明，

图1是摩擦修正系数测试装置结构示意图，图中1是滑道固定部件采用机械方式，材料采用金属制成；2是滑道加热部件，采用电阻丝间接或直接加热方式；3是拉拔材料制成的滑块试样；4是加载小车，采用金属结构材料制成，加载小车与滑块试样之间连接与固定采用机械或胶接方式；5是法向加载部件，采用重物加载方式，加载重物采用机械方式固定于加载小车；6是拉力测试计，拉力施加装置采用恒力加载方式，拉力测试装置采用弹性应变片方式； 7是加速度测试计，采用纸带打孔、或采用位移传感器和计时器相结合的测量方式；8是模具对偶材料制成的滑道。

图2是拉拔变形摩擦系数测定装置结构简图，图中1是压力传感器；2是被拉拔试样；3是6两半拉模，采用模具材料制成；4是拉模径向紧固装置，内腔为锥形结构，采用金属结构材料制成；5是温度传感器；6是拉力测试计，拉力施加装置采用恒力加载方式，拉力测试装置采用弹性应变片方式； 7是加速度测试计，采用纸带打孔、或采用位移传感器和计时器相结合的测量方式。

具体实施：

例1拉拔变形摩擦系数测试装置

摩擦修正系数测试装置结构如图1所示，图中1是滑道固定部件采用机械方式，材料采用金属制成；2为滑道加热部件，采用电阻丝直接加热滑道的方式；3是拉拔材料制成的滑块试样；4是加载小车，采用金属结构材料制成，小车采用三柱支撑组成等腰三角形的结构，三个块试样滑块采用胶接方式固定于小车支撑的底部；5为法向加载部件，法向加载采用砝码加载方式，加载砝码采用机械方式固定于加载小车；6为拉力测试计，拉力测试计的拉力施加装置采用恒张力形式，拉力测试装置采用应变片形式；7为加速度测试计，加速度测试采用试样滑块拖动纸带打孔的形式；8为模具对偶材料制成的滑道，采用高速钢制成。

拉拔变形摩擦系数测定装置结构如图2所示，图中1为图中1是压力传感器，采用压电式压力传感器；2是被拉拔试样；3是6两半拉模，采用高速钢材料制成；4是拉模径向紧固装置，内腔为锥形结构，采用钢铁材料制成；5是温度传感器，采用K型热电偶；6为拉力测试计，拉力测试计的拉力施加装置采用恒张力形式，拉力测试装置采用应变片形式；7为加速度测试计，加速度测试采用试样滑块拖动纸带打孔的形式。

Claims (4)

1.一种金属拉拔塑性成形摩擦系数测试装置，由摩擦修正系数测试装置以及拉拔变形摩擦系数测定装置两部分组成。

2.摩擦修正系数测试装置，其特征在于，装置由滑道固定部件、滑道加热部件、加载小车、法向加载部件、拉力测试计、加速度测试计；

所述摩擦修正系数测试装置的测试原理，其特征在于，摩擦对偶材料分别为被拉拔材料制成的滑块和模具材料制成的对偶滑道，对偶滑道的滑动面被固定时让其置于水平面，对偶滑道工作面温度受滑道加热部件所控制，滑道加热部件采用直接或间接加热方式，对偶滑道工作面的温度采用热电偶和温控仪实现测量与控制；试样滑块采用采用机械或胶接方式固定于加载小车的底部，重物载荷固定于法向加载部件，采用恒力加载方式的拉力计拖动加载小车在滑道上滑动，拉力测试计和试样滑块速度测试计分别测试其拉力和加速度；从而根据牛顿定律，计算出加载小车与滑道之间的滑动摩擦力，根据加载小车、法向加载部件以及加载重物的重量，滑块与滑道的接触面积，计算出该温度和法向载荷条件下的摩擦系数，从而计算此状态下的摩擦系数与基准条件下的摩擦系数之比值，其比值便为此状态的摩擦系数修正系数；

所述的滑道加热部件包含加热及温度控制部分，温度加热范围为室温至700 ℃，温度控制采用热电偶，滑道固定部件采用机械方式把模具对偶材料制成的滑道固定于滑道加热部件之上，使滑道工作面处于水平面；

所述的拉力测试计包括拉力施加装置和拉力测试装置，拉力施加装置采用恒拉力施加方式，拉力测试装置采用应变片方式，拉力施加装置与试样滑块加载部件之间采用拉力测试装置连接；

所述的加速度测试计，采用纸带打孔、或位移传感器和计时器组合测量方式。

3.权利要求1所述得拉拔变形摩擦系数测定装置，其特征在于，两半拉模，拉模径向紧固装置、拉力测试计组成；其特征在于，采用两半拉模拼合成的锥形拉拔模具作为测试机构，拉拔模具出口端采用拉力测试计作为夹头与驱动装置之间的连接件，测试其拉拔力T；

所述的半拉模，其特征在于，半模角θ优选为6-15°，两半拉模处于工作状态时，其外轮廓为椎台形；由拉模入口至出口的工作表面沿不同线路分段设置压力传感器和温度传感器，每一压力传感器在同一横断面位置设置有温度传感器。

4.权利要求1所述拉拔变形摩擦系数测定装置得测试原理，其特征在于，通过在拉拔变形区和定径区模具表面间隔设置压力和温度传感器，使每一压力传感器在同一横断面均设置有温度传感器，当传感器的轴向间隔足够小时，可以近似认为在这一间隔内，模具作用于试样的法向应力和润滑油温度相等，根据半模角和传感器间距，计算每个压力传感器所对应的模具内表面与试样的接触面积；

依据下式求得基准温度下的摩擦系数；

上式中，K_i、K_j分别为变形区、定径区各压力传感器位置所对应温度和法向压力条件下，摩擦系数修正系数，由步骤1所测得；

S_i、S_j分别为变形区、定径区各压力传感器位置所对应模具内表面与试样的接触面积；

σ_i、σ_j分别为变形区、定径区各压力传感器所测压力与压力传感器的受力面积之比；

T为拉拔试样时测力计所测得的拉力；

μ为所测基准条件下拉拔变形的摩擦系数。