CN114088617A - 热锻摩擦及润滑效果优化检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，通过机加工制备测试件，经加热和润滑后将其置于预热后的测试模具的下模中，通过测试件与下模浅槽进行中心定位，上模向下压制至测试件高度的65～80％，获得中心对称的带有法兰的热锻件，通过测量热锻件总高度H1、法兰高度H2、法兰位置H得到压下量和上凸台高度相对增加量，进而得到摩擦因子。本发明利用模具迫使圆柱试样在待测的热态条件下发生复杂变形来获得该测试件，测试过程中可通过温控系统模拟实际热锻过程的稳态温度场条件，然后测量测试件的部分几何尺寸，结合标定曲线来定量确定热锻摩擦因子，亦可利用测试件的高度不同确定相应润滑效果的好坏。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种热锻成形领域的技术，具体是一种热锻摩擦及润滑效果优化检测方法。
背景技术
良好的润滑是保证热锻工艺顺利实施的重要工艺条件，同时有利于改善模具寿命并提高锻件质量。此外，热锻摩擦条件的定量测试可为热锻成形工艺有限元模拟提供必要的基础数据，为复杂零件热锻成形工艺的精确模拟提供支撑。
经过现有文献的检索，Isogawa等人在论文“Proposal of an evaluating methodon lubrication”(CIRP Annals-Manufacturing Technology,1982,41(1):263-266.)(一种润滑的评价方法)中提出锥形锻造测试方法，在上模平面上设计了一组同心浅槽用于定位圆柱形试样，并利用安装在锥形锻造模具中的压力传感器采集锻造力数据，进行摩擦与润滑条件定量评价；此外，某些与锥形锻造类似的镦挤测试法的模具结构，忽略了测试件对中的问题，从而导致测试结果敏感性降低，甚至导致测试结果不可靠。再有，现有公开资料未见润滑测试过程中关于温度条件控制的报道，而实际大批量热锻生产时模具往往处于稳定态温度场条件下；因此，有必要通过设计开发温控机构来模拟实际热锻温度工况，加强测试结果的可应用性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，通过本发明对中性能优化的测试件，利用模具迫使圆柱试样在待测的热态条件下发生复杂变形来获得该测试件，测试过程中可通过温控系统模拟实际热锻过程的稳态温度场条件，然后测量测试件的部分几何尺寸，结合标定曲线来定量确定热锻摩擦因子，亦可利用测试件的高度不同确定相应润滑效果的好坏。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，通过机加工制备测试件，经加热和润滑后将其置于预热后的测试模具的下模中，通过测试件与下模浅槽进行中心定位，上模向下压制至测试件高度的65～80％，获得中心对称的带有法兰的热锻件，通过测量热锻件总高度H1、法兰高度H2、法兰位置H得到压下量和上凸台高度相对增加量，进而得到摩擦因子。
所述的测试件为圆柱结构，其高度H0与直径D0比为1.25～1.3且端面采用30°倒角。
所述的热锻件的上凸台拔模斜度α为3°，法兰锥角β为5°，过渡圆角半径r为0.15～0.18D0，下凸台高度H为0.2H0，上凸台直径D1为0.48～0.52D0，下凸台直径D2为D0+0.2mm，建议D0不小于20mm。
所述的润滑是指：将待润滑介质对圆柱试样和/或测试模具进行润滑处理。
所述的压下量为(H0-H-H2)/(H0-H)。
所述的上凸台高度相对增加量为(H1-H2-H)/H1。
所述的摩擦因子，通过以下方式得到：通过有限元模拟，在设定摩擦因子条件与温度条件下，模拟从测试件到热锻件的变形过程，提取热锻件上凸台高度和试样总高度，确定上凸台高度相对增加量随压下量变化的关系数据，建立摩擦因子标定曲线并进一步查询得到摩擦因子。
所述的测试模具均设有用于预热的加热系统，该加热系统包括设置于测试模具的上、下模具内都周向均匀布置八个加热棒，以获得和实际工况相同的稳态温度场。
所述的上模设有顶料杆，便于锻造成形后取出测试件。
所述的下模设有与测试件相匹配的下模浅槽，便于放置圆柱试样并对中定位。
附图说明
图1为实施例变形前后试样的示意图；
图中：a为变形前试样，b为变形后试样；
图2为传统锥形锻造测试结果；
图中：a为投影线选取截面，b为在相同测试条件下，由于工件不对中导致测量结果不准确，c为温度条件不同导致测量结果不准确；
图3为实施例摩擦因子标定曲线；
图4为实施例结构示意图；
图中：上模1、顶料杆2、加热棒3、待测试样4、下模5、下模浅槽6；
图5为下模示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
第一步、圆柱试样准备，采用机加工制备圆柱试样，试样高径比为1.27且端面采用30°倒角，本实施例中试样尺寸为：φ30.0mm*38.0mm，材料及状态：退火态AISI-1015钢。
第二步、试样加热，将试样在加热炉中加热至1100℃后保温。
第三步、模具预热，通过均匀分布在上下模中的加热棒对模具进行加热，保持模具温度为300℃。
如图4所示，所述的测试模具包括：具有顶料杆2的上模1和与之相对设设置的下模5，其中：上模1和下模5内分别设有八个中心对称均匀分布的加热棒3对模具进行加热，温控系统控制加热条件，形成与实际工况相同的稳态温度场。
第四步、润滑准备，将水基石墨均匀喷涂到模具接触表面。
第五步、执行润滑测试：三组相同处理的试样进行压缩变形，将待测试样放置在下模中，三组试样的预设压下量分别为60％、75％、80％，计算得到三组试验上模下压行程分别为18.2mm、22.8mm和24.3mm，开动压力机使锥形上模1向下运动实施锥形锻造，至预设行程后开始回程，取出变形后如图1b所示的试样，重复第四至五步，完成下一个试样的测试；依此类推，完成所有试样的评估测试。
压缩完成后，试样上锥角α为3°，下锥角β为5°，过渡半径r为5mm，下凸台高度H为7.6mm，上凸台直径D1为15mm，下凸台直径D2为30.2mm。
第六步、通过测量经过压缩变形后待测试样上凸台高度、法兰高度和试样总高度，可采用游标卡尺3次测量取均值，压下量为60％时，测得具体值分别为15.78mm、12.20mm和36.64mm；压下量为75％时，测得具体值分别为27.09mm、7.6mm和38.71mm；压下量为80％时，测得具体值分别为35.34mm、6.08mm和39.83mm。计算待测试样上凸台高度相对增加量，按(变形后试样高度-法兰高度-下凸台高度)/变形后试样高度计算，具体值分别为41.51％、71.29％和84.17％。
第七步、如图3所示，查询摩擦因子标定曲线，得石墨水溶液的摩擦因子为0.2。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
第一步、圆柱试样准备，采用机加工制备圆柱试样，试样高径比为1.27且端面采用30°倒角，本实施例中试样尺寸为：φ30.0mm*38.0mm，材料及状态：退火态AISI-1015钢。
第二步、试样加热，将试样在加热炉中加热至1100℃后保温。
第三步、模具预热，通过均匀分布在上下模中的加热棒对模具进行加热，保持模具温度为300℃。
第四步、润滑准备，三种润滑效果不同的润滑剂二硫化钼、水基石墨、水基硬脂酸盐分别均匀喷涂到模具接触表面，每种润滑处理方案准备3个试样。
第五步、执行润滑测试：将待测试样放置在下模中，三组试样设置相同压下量75％，计算得到上模下压行程为22.8mm，开动压力机使锥形上模1向下运动实施锥形锻造，至预设行程后开始回程，取出变形后如图1b所示的试样。
第六步、测量变形后试样总高度和法兰高度，获得试样上凸台高度为H1-H2-H，并记录于表1中。
第七步、重复第四步至第六步，完成下一个试样的测试；依次类推，完成所有试样的评估测试。
第八步、通过计算得到试样上凸台高度，如表1所示进行对比分析，可以看出，润滑效果优劣顺序：水基硬脂酸盐>水基石墨>二硫化钼。
表1评估试验数据
与现有技术相比，本发明技术效果包括：①试样定位方便，不会在锻造过程产生偏移，影响测量精度。②传统锥形锻造假设试样和上模接触摩擦为1，实际摩擦不便测量且影响实验结果，本试样形状可以消除试样和上模之间摩擦对实验结果的影响。③测试过程中可通过温控系统模拟实际热锻过程的稳态温度场条件。④锥形高度对摩擦条件敏感度高，有利于提高测量的准确性，从而有效提高摩擦因子的测量准确性。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征在于，通过机加工制备测试件，经加热和润滑后将其置于预热后的测试模具的下模中，通过测试件与下模浅槽进行中心定位，上模向下压制至测试件高度的65～80％，获得中心对称的带有法兰的热锻件，通过测量热锻件总高度H1、法兰高度H2、法兰位置H得到压下量和上凸台高度相对增加量，进而得到摩擦因子。
2.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的测试件为圆柱结构，其高度H0与直径D0比为1.25～1.3且端面采用30°倒角。
3.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的热锻件的上凸台拔模斜度α为3°，法兰锥角β为5°，过渡圆角半径r为0.15～0.18D0，下凸台高度H为0.2H0，上凸台直径D1为0.48～0.52D0，下凸台直径D2为D0+0.2mm，建议D0不小于20mm。
4.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的润滑是指：将待润滑介质对圆柱试样和/或测试模具进行润滑处理。
5.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的压下量为(H0-H-H2)/(H0-H)。
6.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的上凸台高度相对增加量为(H1-H2-H)/H1。
7.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的摩擦因子，通过以下方式得到：通过有限元模拟，在设定摩擦因子条件与温度条件下，模拟从测试件到热锻件的变形过程，提取热锻件上凸台高度和试样总高度，确定上凸台高度相对增加量随压下量变化的关系数据，建立摩擦因子标定曲线并进一步查询得到摩擦因子。
8.根据权利要求1所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的测试模具均设有用于预热的加热系统，该加热系统包括设置于测试模具的上、下模具内都周向均匀布置八个加热棒，以获得和实际工况相同的稳态温度场。
9.根据权利要求8所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的上模设有顶料杆，便于锻造成形后取出测试件。
10.根据权利要求8所述的热锻摩擦及润滑效果优化检测方法，其特征是，所述的下模设有与测试件相匹配的下模浅槽，便于放置圆柱试样并对中定位。
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