CN112881279B - 一种板材摩擦系数测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种板材摩擦系数测试装置及方法，包括：机架、拉力组件、张力组件、压力组件、加热组件；拉力组件包括拉力驱动机构，以及拉力夹头；张力组件包括张力驱动机构、以及张力夹头，张力夹头与拉力夹头水平相对；压力组件设置在拉力组件和张力组件之间，压力组件包括压力驱动机构、上模具、下模具，下模具压力驱动机构连接，下模具的两侧设有多个水平安装在机架上的调整杆，上模具位于下模具的上面；加热组件设置在压力组件与张力组件之间，加热组件包括设置在机架上的感应加热部件；拉力夹头、张力夹头、下模具以及感应加热部件均连接有传感器。本发明能够快速并且容易实现金属板材和模具之间完全的面接触，大大减小为实现面接触而带来的成本和时间。

Description

一种板材摩擦系数测试装置及方法

技术领域

本发明涉及板材测试装置，具体涉及一种板材摩擦系数测试装置及方法。

背景技术

板材冲压成形具有产品一致性好，生产效率高等特点，在汽车零部件制造中得到广泛应用。在冲压成形过程中，板材与模具之间的摩擦对冲压成形性能有重要影响：不仅影响成形力的大小，而且影响板材成形过程中的开裂、起皱、回弹和表面质量等现象。

在实际冲压成形过程中，金属板材是在张力条件下与模具接触的，其摩擦系数与金属板材在无张力条件下不同。为了更精确的测量实际冲压成形条件下摩擦系数，测量装置能够测量金属板材在张力条件下的摩擦系数很有必要。

金属板材在在不同加热温度条件下的摩擦系数不同。为了能反映金属板材在加热以后再冲压时的摩擦系数，测量装置能够测量金属板材在加热条件下的测量摩擦系数很有必要。

金属板材与模具之间的压强不同，则摩擦系数不同。需要设定不同压强条件下的摩擦系数用以冲压成形过程计算，具体方法是采用一端为平面的模具与金属板材接触进行摩擦系数测量，压强通过压力和接触面积计算而得，只有摩擦头与金属板材之间的接触为完全面接触形式，压强才在接触面上所有点相同，这样压强的计算才准确。然而由于试验装置存在不可避免的误差，摩擦头与金属板材之间很难实现完全接触，造成实际和计算的接触面积有较大偏差，进而造成压强计算不准确。因此，测量装置能够快速容易实现金属板材与模具之间完全面接触很有必要。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种带张力可加热的板材摩擦系数测试装置及方法，快速实现金属板材与模具之间完全面接触。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种板材摩擦系数测试装置，其特征在于，所述装置包括：机架(1)、拉力组件、张力组件、压力组件、加热组件；所述拉力组件包括：拉力驱动机构(2)，以及与拉力驱动机构连接的拉力夹头(3)，所述拉力驱动机构(2)设置在机架(1)的一端；所述张力组件包括：张力驱动机构(4)、以及与张力驱动机构连接的张力夹头(5)，所述张力驱动机构(4)设置在机架(1)的另一端，所述张力夹头(5)与拉力夹头(3)水平相对；所述压力组件设置在拉力组件和张力组件之间，所述压力组件包括：压力驱动机构(6)、上模具(7)、下模具(8)，所述压力驱动机构(6)设置在机架(1)上，所述下模具(8)与压力驱动机构(6)连接，所述下模具(8)的两侧设有多个水平安装在机架上的调整杆(14)，所述上模具(7)位于下模具的上面并且安装在机架(1)上；所述加热组件设置在压力组件与张力组件之间，所述加热组件包括设置在机架上的感应加热部件(9)；所述拉力夹头(3)、张力夹头(5)、下模具(8)以及感应加热部件(9)均连接有传感器。

进一步地，所述机架(1)包括：底座(10)、第一支撑杆(11)、第二支撑杆(12)、固定架(13)、第三支撑杆(15)，所述第一支撑杆(11)的底部与底座(10)的一端连接，所述第二支撑杆(12)的底部与底座(10)的另一端连接，所述固定架(13)设置在第一支撑杆(11)和第二支撑杆(12)之间，所述固定架(13)为矩形框架，所述固定架(13)的底端与底座(10)的上面连接，所述第三支撑杆(15)位于固定架(13)与第二支撑杆(12)之间，并且与底座(10)的上面连接。

进一步地，所述固定架(13)的顶部设有连接孔，所述固定架的两侧上部设有位置对应的通孔，所述固定架(13)两侧的通孔与拉力夹头(3)、张力夹头(5)水平相对，所述固定架的两侧还设有多个自上而下分布的调节孔，所述多个调节孔位于通孔的下面。

进一步地，所述压力组件设置在机架的固定架(13)内，所述上模具(7)的上端与固定架(13)的内顶部通过穿过连接孔的螺栓连接，所述调整杆(14)经调节孔安装在固定架(13)上。

进一步地，所述感应加热部件(9)为螺旋式感应线圈。

进一步地，所述拉力驱动机构(2)设置在第一支撑杆(11)的顶部，所述张力驱动机构(4)设置在第二支撑杆(12)的顶部，所述感应加热部件(9)设置在第三支撑杆(15)的顶部。

进一步地，所述拉力夹头(3)连接的传感器为拉力传感器(16)，所述张力夹头(5)连接的传感器为张力传感器(17)，所述下模具(8)连接的传感器为压力传感器(18)，所述感应加热部件(9)连接的传感器为温度传感器(19)。

进一步地，所述上模具(7)、下模具(8)均为方形体。

进一步地，所述调整杆(14)为调整螺栓。

一种采用上述装置的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将长条形金属板材水平放置于上模具和下模具之间，同时穿过感应加热部件，拉力夹头夹紧金属板材一端，张力夹头夹紧金属板材另一端；

(2)旋出调整杆使下模具与调整杆之间留有间隙，然后采用压力驱动机构对下模具施加压力，金属板材分别与上模具和下模具完全面接触，最后调节调整杆与下模具接触，使下模具稳定，通过压力传感器采集压力；

(3)采用感应加热部件对金属板材加热到指定温度，温度传感器采集金属板材即热后的温度；

(4)停止拉力驱动机构，启动张力驱动机构，使金属板材有一定张力，然后启动拉力驱动机构和张力驱动机构以相同速度向拉力驱动机构方向移动一段距离，此时金属板材在上模具和下模具之间发生摩擦，拉力传感器采集拉力，张力传感器采集张力；

(5)移动完成后，计算摩擦系数即等于拉力和张力的差除以2倍的压力。

本发明的有益技术效果：

1.本发明可以测试金属板材在张力条件下的摩擦系数，更加真实反映冲压过程的实际摩擦状况。

2.本发明可以测试金属板材在不同温度条件下的摩擦系数，为实际生产中的金属板材加热后再冲压成形提供计算依据。

3.本发明能够测试金属板材在不同压强条件下的摩擦系数，为冲压成形计算中摩擦系数设定提供更精确依据。

4.本发明能够快速并且容易实现金属板材和模具之间完全的面接触，大大减小为实现面接触而带来的成本和时间。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为采用本发明装置施加压力时压力组件调整示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种板材摩擦系数测试装置，包括：机架1、拉力组件、张力组件、压力组件、加热组件；

机架1包括：底座10、第一支撑杆11、第二支撑杆12、固定架13、第三支撑杆15；底座10为水平座，第一支撑杆11、第二支撑杆12、第三支撑杆15均为竖直杆；第一支撑杆11的底部与底座10的一端连接，第二支撑杆12的底部与底座10的另一端连接，固定架13设置在第一支撑杆11和第二支撑杆12之间，固定架13为矩形框架，所述固定架13的底端与底座10的上面连接，第三支撑杆15位于固定架13与第二支撑杆12之间，并且与底座10的上面连接；

拉力组件包括：拉力驱动机构2，以及与拉力驱动机构2连接的拉力夹头3，拉力驱动机构2设置在机架1的一端，拉力夹头3连接拉力传感器16；拉力驱动机构可以为伺服电机；拉力组件用于实现对金属板材牵拉运动，同时获得拉力大小；

张力组件包括：张力驱动机构4、以及与张力驱动机构4连接的张力夹头5，张力驱动机构4设置在机架1的另一端，张力夹头5与拉力夹头3水平相对，张力夹头5连接张力传感器17；张力驱动机构可以为伺服电机；张力组件实现对金属板材施加张力，同时获得张力大小；

压力组件设置在拉力组件和张力组件之间，压力组件包括：压力驱动机构6、上模具7、下模具8，压力驱动机构6设置在机架1上，下模具8与压力驱动机构6连接，其位置可调整，下模具8的两侧设有多个水平安装在机架上的调整杆14，通过调整杆夹持固定，上模具7位于下模具的上面并且安装在机架1上，下模具8连接压力传感器18；进一步地，上模具7、下模具8均为方形体，调整杆14为端部为半球形的调整螺栓，优选4个，压力驱动机构可以为压力测试仪；

加热组件设置在压力组件与张力组件之间，加热组件包括设置在机架上的感应加热部件9，感应加热部件9位置与张力夹头平齐，感应加热部件9与安装在机架上的温度传感器19连接；感应加热部件9为螺旋式感应线圈，电气装置与螺旋式感应线圈实现电连接，实现对金属板材加热，同时获得温度。

进一步地，固定架13的顶部设有连接孔，固定架的两侧上部设有位置对应的通孔，固定架13两侧的通孔与拉力夹头3、张力夹头5水平相对，固定架的两侧还设有多个自上而下分布的调节孔，多个调节孔位于通孔的下面；压力组件设置在机架的固定架13内，上模具7的上端与固定架13的内顶部通过穿过连接孔的螺栓连接，调整杆14经调节孔安装在固定架13上，压力驱动机构6设置在底座上。

进一步地，拉力驱动机构2设置在第一支撑杆11的顶部，张力驱动机构4设置在第二支撑杆12的顶部，感应加热部件9设置在第三支撑杆15的顶部。

拉力传感器16采集拉力驱动机构2施加的拉力，张力传感器17采集张力驱动机构4施加的张力，温度传感器19采集感应加热部件9施加的温度。

使用该装置测量金属板材摩擦系数步骤如下：

1.金属板材20放置。金属板材为长条形，水平放置于上模具7和下模具8之间，同时穿过感应加热部件9，金属板材20一端(如图1所示的左端)端头被拉力夹头3夹紧，另一端(如图1所示的右端)端部被张力夹头5夹紧。

2.压力施加及接触状态调整(如图2)。首先使下模具8与四个调整杆14之间均有间隙，然后采用压力驱动机构6对下模具8施加向上的压力，通过压力传感器18采集压力大小为1000N，在压力条件下，使得金属板材20分别与上模具7和下模具8完全面接触，最后调节四个调整调整杆14与下模具8接触且接触压力相同，使下模具不能左右移动和摇摆。

3.金属板材加热。感应加热部件9对金属板材20加热到指定温度400℃，温度传感器19采集金属板材即热后的温度为400℃。

4.金属板材滑动。首先拉力驱动机构2固定，张力驱动机构启动，使金属板材20有一定张力，张力大小为5000N，然后拉力驱动机构2和张力驱动机构4以相同速度向左(即拉力驱动机构方向)移动一段距离为100-500mm，速度大小为10mm/s，此时金属板材20在上模具7和下模具8之间发生摩擦，拉力传感器16采集拉力，稳定阶段拉力大小为5600N，张力传感器17采集张力，张力大小为5000N。

5.摩擦系数计算。移动完成后，选取拉力驱动机构2和张力驱动机构4向左(即拉力驱动机构方向)移动时的压力、拉力和张力，计算加热温度为400℃下，摩擦系数等于拉力和张力的差除以2倍的压力，即(5600-5000)/(2×1000)＝0.3。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种板材摩擦系数测试方法，其特征在于，所述方法采用的装置包括：机架（1）、拉力组件、张力组件、压力组件、加热组件；所述拉力组件包括：拉力驱动机构（2），以及与拉力驱动机构连接的拉力夹头（3），所述拉力驱动机构（2）设置在机架（1）的一端；所述张力组件包括：张力驱动机构（4）、以及与张力驱动机构连接的张力夹头（5），所述张力驱动机构（4）设置在机架（1）的另一端，所述张力夹头（5）与拉力夹头（3）水平相对；所述压力组件设置在拉力组件和张力组件之间，所述压力组件包括：压力驱动机构（6）、上模具（7）、下模具（8），所述压力驱动机构（6）设置在机架（1）上，所述下模具（8）与压力驱动机构（6）连接，所述下模具（8）的两侧设有多个水平安装在机架上的调整杆（14），所述上模具（7）位于下模具的上面并且安装在机架（1）上；所述加热组件设置在压力组件与张力组件之间，所述加热组件包括设置在机架上的感应加热部件（9）；所述拉力夹头（3）、张力夹头（5）、下模具（8）以及感应加热部件（9）均连接有传感器；采用所述装置的测试方法包括：

（1）将长条形金属板材水平放置于上模具和下模具之间，同时穿过感应加热部件，拉力夹头夹紧金属板材一端，张力夹头夹紧金属板材另一端；

（2）旋出调整杆使下模具与调整杆之间留有间隙，然后采用压力驱动机构对下模具施加压力，金属板材分别与上模具和下模具完全面接触，最后调节调整杆与下模具接触，使下模具稳定，通过压力传感器采集压力；

（3）采用感应加热部件对金属板材加热到指定温度，温度传感器采集金属板材即热后的温度；

（4）停止拉力驱动机构，启动张力驱动机构，使金属板材有一定张力，然后启动拉力驱动机构和张力驱动机构以相同速度向拉力驱动机构方向移动一段距离，此时金属板材在上模具和下模具之间发生摩擦，拉力传感器采集拉力，张力传感器采集张力；

（5）移动完成后，计算摩擦系数即等于拉力和张力的差除以2倍的压力。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述机架（1）包括：底座（10）、第一支撑杆（11）、第二支撑杆（12）、固定架（13）、第三支撑杆（15），所述第一支撑杆（11）的底部与底座（10）的一端连接，所述第二支撑杆（12）的底部与底座（10）的另一端连接，所述固定架（13）设置在第一支撑杆（11）和第二支撑杆（12）之间，所述固定架（13）为矩形框架，所述固定架（13）的底端与底座（10）的上面连接，所述第三支撑杆（15）位于固定架（13）与第二支撑杆（12）之间，并且与底座（10）的上面连接。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述固定架（13）的顶部设有连接孔，所述固定架的两侧上部设有位置对应的通孔，所述固定架（13）两侧的通孔与拉力夹头（3）、张力夹头（5）水平相对，所述固定架的两侧还设有多个自上而下分布的调节孔，所述多个调节孔位于通孔的下面。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述压力组件设置在机架的固定架（13）内，所述上模具（7）的上端与固定架（13）的内顶部通过穿过连接孔的螺栓连接，所述调整杆（14）经调节孔安装在固定架（13）上。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述感应加热部件（9）为螺旋式感应线圈。

6.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述拉力驱动机构（2）设置在第一支撑杆（11）的顶部，所述张力驱动机构（4）设置在第二支撑杆（12）的顶部，所述感应加热部件（9）设置在第三支撑杆（15）的顶部。

7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述拉力夹头（3）连接的传感器为拉力传感器（16），所述张力夹头（5）连接的传感器为张力传感器（17），所述下模具（8）连接的传感器为压力传感器（18），所述感应加热部件（9）连接的传感器为温度传感器（19）。

8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述上模具（7）、下模具（8）均为方形体。

9.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述调整杆（14）为调整螺栓。

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