CN113740246B - 一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机 - Google Patents

Abstract

本发明属于摩擦试验相关技术领域，其公开了一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，所述试验机为立式结构，其包括自上而下依次相连接的拉力牵引单元、压力加载单元及基座，使得长条形实验板料轴向垂直于地面；所述压力加载单元包括浮动式摩擦单元，所述浮动式摩擦单元为分体式结构，其包括第一摩擦副连接头、第二摩擦副连接头、第一摩擦副及第二摩擦副，所述第一摩擦副与所述第二摩擦副沿水平方向相对设置，两者共同用于贴紧待试验的板料；其中，所述第一摩擦副连接头与所述第一摩擦副之间形成浮动式连接，所述第二摩擦副连接头与所述第二摩擦副之间也形成浮动式连接。本发明避免了摩擦系数异常激增，且可以克服高温板料重力弯曲。

Description

一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机

技术领域

本发明属于摩擦试验相关技术领域，更具体地，涉及一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机。

背景技术

高温下的摩擦行为是铝合金和高强钢热冲压成形中的一个重要关注点。高温条件下，板料和模具之间的摩擦系数会显著增加，容易造成粘滞、划伤、甚至破裂等问题，给获得高质量的产品和延长模具寿命带来了巨大的挑战。研究板料热冲压过程中的摩擦行为对模具零件结构优化及润滑剂选择起着很重要的指导作用，且精确测量高温下的摩擦系数对前期CAE分析能够有效预测零件的成形性能提供精确指导。

按照运动试件的分布形式可以分为立式摩擦试验机和卧式摩擦试验机、卧式摩擦试验机进行板料高温摩擦试验时，板料由于重力作用发生弯曲变形，特别是铝合金等高温变形抗力较小的板料，板料的弯曲严重影响摩擦系数的准确性。卧式摩擦试验机的压力加载多采用砝码垂直加载和螺纹级进加载的方式，板料受到的实际正压力还需要考虑部分机构的自重，容易导致压力传感器损害及压力施加不精确，进而影响摩擦系数的准确性。板料热冲压过程中的变形是复杂的，但模具或者板料表面出现磨屑堆积或者凸起时，板料有可能会在变形中越过凸起，而传统的摩擦试验机，摩擦副和板料是紧密贴合的，容易发生因摩屑堆积阻碍板料的移动，造成摩擦系数激增，进而造成试验的精度较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，所述立式牵拉热摩擦试验机的结构严谨，可以满足高温时变形抗力较小的金属的摩擦系数测量，宽范围正压力精确加载，避免摩擦系数异常激增，且可以克服高温板料重力弯曲。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，所述试验机为立式结构，其包括自上而下依次相连接的拉力牵引单元、压力加载单元及基座；所述拉力牵引单元用于夹紧待试验的板料，所述板料的长度方向与竖直方向平行；

所述压力加载单元包括浮动式摩擦单元，所述浮动式摩擦单元为分体式结构，其包括第一摩擦副连接头、第二摩擦副连接头、第一摩擦副及第二摩擦副，所述第一摩擦副与所述第二摩擦副沿水平方向相对设置，两者共同用于贴紧待试验的板料；其中，所述第一摩擦副连接头与所述第一摩擦副之间形成浮动式连接，所述第二摩擦副连接头与所述第二摩擦副之间也形成浮动式连接。

进一步地，所述第一摩擦副与所述第二摩擦副分别开设有收容槽，所述收容槽的壁面为斜面；所述第一摩擦副连接头及所述第二摩擦副连接头分别与两个所述收容槽形成浮动式连接；所述第一摩擦副连接头及所述第二摩擦副连接头与对应的所述收容槽的配合面为斜面。

进一步地，所述第一摩擦副连接头收容在所述收容槽内的一端为锥形端，所述第二摩擦副连接头收容在对应的所述收容槽内的一端为锥形端。

进一步地，所述压力加载单元包括设置在所述基座上的安装平台、设置在所述安装平台上的导轨、滑动地设置在所述导轨上的滑块、粗调快速定位机构、微调加载精密机构、压力传感器及保护机构，所述粗调快速定位机构、所述微调加载精密机构及所述保护机构沿水平方向依次相连接；所述粗调快速定位机构连接于所述滑块；所述压力保传感器设置在所述浮动式摩擦单元上，所述保护机构与所述压力传感器相接触。

进一步地，所述保护机构包括连接圆柱及余量连接块，所述余量连接块设置在所述微调加载精密机构上，所述连接圆柱部分的套设在所述余量连接块内且其部分地收容于所述微调加载精密机构的凹槽内，所述凹槽的底面与所述连接圆柱之间设置有蝶形弹簧。

进一步地，所述连接圆柱的中部设置有挡块，空载时所述挡块到所述微调加载精密机构的距离等于所述蝶形弹簧的最大压缩量；当压力加载过大时，所述挡块与所述微调加载精密机构刚性接触。

进一步地，所述试验机还包括红外测温仪及冷却装置，所述红外测温仪设置在所述安装平台上且邻近所述第二摩擦副；所述冷却装置包括依次相连接的空气压缩机、气流管道及喷嘴，所述喷嘴及所述空气压缩机分别设置在所述安装平台及所述基座上，所述喷嘴用于对板料进行喷气冷却。

进一步地，所述试验机还包括设置在所述基座底部的加热装置，所述加热装置包括热风循环管式加热炉、石英管及升降平台，所述热风循环管式加热炉设置在所述升降平台上，所述石英管设置在所述热风循环管式加热炉内。

进一步地，所述基座包括用于承载所述压力加载单元的承载板，所述承载板及所述安装平台分别开设有第一贯穿槽及第二贯穿槽，所述第一贯穿槽的位置与所述第二贯穿槽的位置相对应，两者用于供板料通过。

进一步地，所述拉力牵引单元包括一端设置在承载板上的立式支架、设置在所述立式支架另一端的伺服电机、滚珠丝杠模组、连接所述伺服电机及所述滚珠丝杠模组的联轴器、设置在所述滚珠丝杠模组上的承重连接块、以及分别连接于所述承重连接块的拉力传感器及板料夹头，所述板料夹头用于夹紧板料的一端。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机主要具有以下有益效果：

1.所述第一摩擦副连接头与所述第一摩擦副之间形成浮动式连接，所述第二摩擦副连接头与所述第二摩擦副之间也形成浮动式连接，使得摩擦副可以在垂直于板料表面发生一定的浮动和转动，从而越过板料表面磨屑堆积点，有效避免了因磨屑堆积阻碍板料移动所造成的摩擦系数激增。

2.所述凹槽的底面与所述连接圆柱之间设置有蝶形弹簧，所述蝶形弹簧避免了所述微调加载平台与其他机构之间的刚性接触，并保证了所述微调加载平台的张开余量。

3.所述连接圆柱的中部设置有挡块，空载时所述挡块到所述微调加载精密机构的距离等于所述蝶形弹簧的最大压缩量；当压力加载过大时，所述挡块与所述微调加载精密机构刚性接触，阻止了所述蝶形弹簧的进一步压缩，此处还会使得所述微调加载平台难以旋转，起到了保护所述蝶形弹簧和所述压力传感器的作用。

4.本发明将现有的卧式结构改进为立式结构，克服了试件加热后水平移动发生重力弯曲而导致摩擦系数测量不准确的问题，保证了板料和摩擦副施加的正压力始终垂直。

附图说明

图1是本发明提供的一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机的结构示意图；

图2是图1中的立式牵拉热摩擦试验机沿另一个角度的示意图；

图3是图1中的立式牵拉热摩擦试验机的拉力牵引单元的示意图；

图4是图1中的立式牵拉热摩擦试验机的压力加载单元的示意图；

图5是图1中的立式牵拉摩擦试验机的压力加载单元的局部放大图；

图6是图5中的压力加载单元的截面放大图；

图7是图6中的浮动式摩擦单元部分结构截面放大示意图；

图8是图1中的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机的加热装置的截面示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-红外测温仪，2-基座，3-伺服电机，4-联轴器，5-滚珠丝杠模组，6-承重连接块，7-拉力传感器，8-板料夹头，9-立式支架，10-安装平台，11-压力传感器，12-导轨，13-滑块，14-滑块连接块，15-摩擦副底座，16-第一摩擦副连接头，17-第二摩擦副连接头，18-第一摩擦副，19-第二摩擦副，20-热风循环管式加热炉，21-石英管，22-升降平台，23-空气压缩机，24-气流管道，25-喷嘴，26-推力连接块，27-微调加载平台，28-蝶形弹簧，29-微调连接块，30-连接圆柱，31-余量连接块，32-第一卡板，33-第二卡板，34-推拉式水平快速锁紧夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，所述立式牵拉热摩擦试验机包括拉力牵引单元、压力加载单元、加热装置、红外测温仪1、冷却装置及基座2，所述压力加载单元及所述加热装置分别设置在所述基座2上，且所述压力加载单元与所述加热装置相对设置。所述拉力牵引单元设置在所述压力加载单元上，所述红外测温仪1及所述冷却装置分别设置在所述压力加载单元上。

所述拉力牵引单元位于所述试验机的上部，其包括伺服电机3、联轴器4、滚珠丝杠模组5、承重连接块6、拉力传感器7、板料夹头8及立式支架9，所述立式支架9的一端固定在所述压力加载单元上，所述伺服电机3固定在所述立式支架9的另一端。所述联轴器4连接所述伺服电机3及所述滚珠丝杠模组5，所述板料夹头8及所述拉力传感器7相连且两者通过所述承重连接块6设置在所述滚珠丝杠模组5上。

本实施方式中，所述基座2为框架结构，其包括承载板及支架，所述承载板设置在所述支架的一端，其用于承载所述拉力牵引单元及所述压力加载单元；所述承载板开设有第一贯穿槽。

请参阅图5及图6，所述压力加载单元位于所述基座2与所述拉力牵引单元之间，其包括安装平台10、粗调快速定位机构、微调加载精密机构、压力传感器11、保护机构、浮动式摩擦单元、导轨12、滑块13及滑块连接块14，所述安装平台10设置在所述承载板上，所述粗调快速定位机构与所述微调加载精密机构相连接，所述微调加载精密机构通过所述滑块连接块14设置在所述滑块13上，所述滑块13滑动地设置在所述导轨12上，所述导轨12设置在所述安装平台10上。所述保护机构与所述压力传感器11相接触，且其与所述微调加载精密机构相连接，所述压力传感器11设置在所述浮动式摩擦单元上，所述浮动式摩擦单元设置在所述安装平台10上。

所述安装平台10基本呈L形，其包括垂直连接的水平段及竖直段，所述水平段设置在所述承载板上。所述导轨12设置在所述水平段上。所述水平段还开设有第二贯穿槽，所述第二贯穿槽的位置与所述第一贯穿槽的位置相对应，均用于供待试验的板料通过。本实施方式中，所述粗调快速定位机构、所述微调加载精密机构、所述保护机构、所述浮动式摩擦单元沿水平方向自左向右设置。

所述粗调快速定位机构包括推拉式水平快速锁紧夹具34及推力连接块26，所述推拉式水平快速锁紧夹具34设置在所述水平段上，且其伸缩杆连接于所述推力连接块26。本实施方式中，所述粗调快速定位机构位于所述安装平台10的最左侧。

所述微调加载精密机构包括微调加载平台27、蝶形弹簧28及微调连接块29，所述推力连接块26连接于所述微调加载平台27的一侧，所述微调加载平台27通过所述滑块连接块14连接于所述滑块13，所述微调连接块29设置在所述微调加载平台27的另一侧。所述蝶形弹簧28设置在所述微调连接块29与所述保护机构之间，所述微调连接块29与所述保护机构相连接。所述保护机构与所述压力传感器11相接触。

所述保护机构包括连接圆柱30及余量连接块31，所述余量连接块31设置在所述微调连接块29上，所述连接圆柱30部分地套设在所述余量连接块31内，且其部分的收容于所述微调连接块的凹槽内。所述碟形弹簧28位于所述凹槽的底面与所述连接圆柱30之间。

请参阅图7，所述浮动式摩擦单元为分体式结构，其包括摩擦副底座15、第一摩擦副连接头16、第二摩擦副连接头17、第一摩擦副18、第二摩擦副19、第一卡板32及第二卡板33，所述摩擦副底座15通过滑块13设置在导轨12上，所述压力传感器11嵌设在所述摩擦副底座15上。所述第一摩擦副18的一端设置在所述第一卡板32内，所述第一摩擦副连接头16的一端连接于所述摩擦副底座15，另一端穿过所述第一卡板32后连接于所述第一摩擦副18。所述第二摩擦副19的一端设置在所述第二卡板33内，所述第二摩擦副连接头17的一端固定在所述竖直段上，另一端穿过所述第二卡板33后连接于所述第二摩擦副19。所述第二摩擦副19与所述第一摩擦副18相对设置。

其中，所述第一摩擦副连接头16与所述第一摩擦副18之间形成浮动式连接，所述第二摩擦副连接头17与所述第二摩擦副19之间形成浮动式连接。具体地，所述第一摩擦副18及所述第二摩擦副19分别形成有收容槽，所述收容槽的壁面是斜面。所述第一摩擦副连接头16与所述收容槽配合的表面、以及所述第二摩擦副连接头18与所述收容槽配合的表面均为斜面。本实施方式中，所述第一摩擦副连接头16收容于所述收容槽内的一端与所述收容槽的槽壁之间间隔有预定距离，所述第二摩擦副连接头17收容于所述收容槽内的一端与对应的所述收容槽之间具有预定间隔。如此当板料表面形成磨屑堆积物时，摩擦副可以发生一定的浮动，从而越过磨屑堆积物，避免了因磨屑堆积物阻碍板料移动而引起的摩擦系数异常激增。

所述红外测温仪1设置在所述竖直段上，且其位于所述第二摩擦副19的下方。请参阅图8，所述加热装置设置于所述基座2的底部，其包括热风循环管式加热炉20、石英管21及升降平台22，所述热风循环管式加热炉20设置在所述升降平台22上，所述石英管21设置在所述热风循环管式加热炉20内。所述冷却装置包括依次相连接的空气压缩机23、气流管道24及喷嘴25，所述空气压缩机23设置在所述承载板上，且其位于所述安装平台10的右侧。所述喷嘴25设置在所述竖直段上，其位于所述红外测温仪1的下方，以对板料进行喷气冷却。

本实施方式中，板料在炉中加热，其一端被所述拉力牵引单元的板料夹头8夹紧，在所述板料夹头8与所述热风循环管式加热炉20的炉口利用所述压力加载单元精准加载正压力给所述板料，并在所述伺服电机3的动力驱动下，所述滚珠丝杠模组5拖动所述板料在竖直方向上移动。其中，所述热风循环管式加热炉20采用热传导对流方法，其利用循环气体加热板料，以提高中低温的加热效率。

本实施方式所试验模拟的工况为板料的热冲压，炉中加热后的板料移至冲压模具的过程中会产生温降，故板料成形时的温度是低于炉中加热的温度。本实施方式是通过所述加热装置的升降平台22、所述冷却装置及所述红外测温仪1来完成温度的下降和测量的。所述升降平台22可以调整所述热风循环管式加热炉20的炉口到摩擦副的距离，以此来调整板料从炉口到摩擦副的时间，继而控制温度的下降量。当调整所述升降平台22不能满足温降时需要使用所述冷却装置，通过改变风速、风向及板料受风位置来实现快速温降，同时需要保证板料达到摩擦副时的温度为实验设定温度。

本实施方式中，所述压力加载单元具有粗调快速定位、微调精准加载和过载保护功能，正压力的加载方式为水平加载。通过推开所述推拉式水平快速锁紧夹具34可以使得板料一侧的全部零部件快速向所述板料移动，改变所述推拉式水平快速锁紧夹具34的伸缩杆长度，可以调整所述推拉式水平快速锁紧夹具34推开时、所述第一摩擦副18的位置，使得所述第一摩擦副18及所述第二摩擦副19快速贴近板料；然后通过所述微调加载平台27的加载，所述蝶形弹簧28发生压缩变形并推动所述第一摩擦副18逐渐夹紧板料，向板料精准施加正压力，该压力由所述压力传感器11测量获得。所述蝶形弹簧28避免了所述微调加载平台27与其他机构之间的刚性接触，并保证了所述微调加载平台27的张开余量。所述保护机构的连接圆柱30的中部设置有直径较大的挡块，空载时所述挡块一侧到所述微调连接块29的距离等于所述蝶形弹簧28的最大压缩量，压力的加载使得所述蝶形弹簧28压缩，所述挡块的一侧逐渐靠近所述微调连接块29；当压力加载过大时，所述挡块会和所述微调连接块29刚性接触，阻止了所述蝶形弹簧28的进一步压缩，此处还会使得所述微调加载平台27难以旋转，起到了保护所述蝶形弹簧28和所述压力传感器11的作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：

所述试验机为立式结构，其包括自上而下依次相连接的拉力牵引单元、压力加载单元及基座；所述拉力牵引单元用于夹紧待试验的板料，所述板料的长度方向与竖直方向平行；所述压力加载单元包括浮动式摩擦单元，所述浮动式摩擦单元为分体式结构，其包括第一摩擦副连接头、第二摩擦副连接头、第一摩擦副及第二摩擦副，所述第一摩擦副与所述第二摩擦副沿水平方向相对设置，两者共同用于贴紧待试验的板料；所述第一摩擦副连接头与所述第一摩擦副之间形成浮动式连接，所述第二摩擦副连接头与所述第二摩擦副之间也形成浮动式连接；

其中，所述第一摩擦副与所述第二摩擦副分别开设有收容槽，所述收容槽的壁面为斜面；所述第一摩擦副连接头及所述第二摩擦副连接头分别与两个所述收容槽形成浮动式连接；所述第一摩擦副连接头及所述第二摩擦副连接头与对应的所述收容槽的配合面为斜面。

2.如权利要求1所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述第一摩擦副连接头收容在所述收容槽内的一端为锥形端，所述第二摩擦副连接头收容在对应的所述收容槽内的一端为锥形端。

3.如权利要求1所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述压力加载单元包括设置在所述基座上的安装平台、设置在所述安装平台上的导轨、滑动地设置在所述导轨上的滑块、粗调快速定位机构、微调加载精密机构、压力传感器及保护机构，所述粗调快速定位机构、所述微调加载精密机构及所述保护机构沿水平方向依次相连接；所述粗调快速定位机构连接于所述滑块；所述压力传感器设置在所述浮动式摩擦单元上，所述保护机构与所述压力传感器相接触。

4.如权利要求3所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述保护机构包括连接圆柱及余量连接块，所述余量连接块设置在所述微调加载精密机构上，所述连接圆柱部分的套设在所述余量连接块内且其部分地收容于所述微调加载精密机构的凹槽内，所述凹槽的底面与所述连接圆柱之间设置有蝶形弹簧。

5.如权利要求4所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述连接圆柱的中部设置有挡块，空载时所述挡块到所述微调加载精密机构的距离等于所述蝶形弹簧的最大压缩量；当压力加载过大时，所述挡块与所述微调加载精密机构刚性接触。

6.如权利要求3所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述试验机还包括红外测温仪及冷却装置，所述红外测温仪设置在所述安装平台上且邻近所述第二摩擦副；所述冷却装置包括依次相连接的空气压缩机、气流管道及喷嘴，所述喷嘴及所述空气压缩机分别设置在所述安装平台及所述基座上，所述喷嘴用于对板料进行喷气冷却。

7.如权利要求3所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述试验机还包括设置在所述基座底部的加热装置，所述加热装置包括热风循环管式加热炉、石英管及升降平台，所述热风循环管式加热炉设置在所述升降平台上，所述石英管设置在所述热风循环管式加热炉内。

8.如权利要求7所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述基座包括用于承载所述压力加载单元的承载板，所述承载板及所述安装平台分别开设有第一贯穿槽及第二贯穿槽，所述第一贯穿槽的位置与所述第二贯穿槽的位置相对应，两者用于供板料通过。

9.如权利要求8所述的克服高温板料重力弯曲的立式牵拉热摩擦试验机，其特征在于：所述拉力牵引单元包括一端设置在承载板上的立式支架、设置在所述立式支架另一端的伺服电机、滚珠丝杠模组、连接所述伺服电机及所述滚珠丝杠模组的联轴器、设置在所述滚珠丝杠模组上的承重连接块、以及分别连接于所述承重连接块的拉力传感器及板料夹头，所述板料夹头用于夹紧板料的一端。

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