一種塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)裝置，屬于精密成形微摩擦領(lǐng)域，解決了不同潤(rùn)滑條件下塑性微成形摩擦系數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。所述實(shí)驗(yàn)是基于微型沖頭、圓柱型試樣以及V型溝槽凹模來(lái)實(shí)現(xiàn)的；采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率表征微成形過(guò)程摩擦系數(shù)；定義參數(shù)K為T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程圓柱型試樣向V型溝槽填充時(shí)沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評(píng)價(jià)微體積成形過(guò)程摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)；所述裝置包括上層、中層、下層；微型沖頭下部的工作端位于加熱圈內(nèi)，V型溝槽凹模安裝在凹模固定板上，且V型溝槽凹模位于微型沖頭的正下方；力傳感器固定在上墊板內(nèi)位于且位于微型沖頭上。本發(fā)明專利技術(shù)特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，特別適合測(cè)試塑性微體積成形過(guò)程的摩擦系數(shù)，屬于精密成形微摩擦領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
根據(jù)傳統(tǒng)的塑性成形理論，在金屬塑性成形過(guò)程，摩擦系數(shù)或者摩擦因子是一定的，與試樣尺寸無(wú)關(guān)。然而，在塑性微成形領(lǐng)域，隨著試樣尺寸的減小，摩擦系數(shù)或者摩擦因子也隨之產(chǎn)生了變化，產(chǎn)生了明顯的摩擦尺度效應(yīng)。在傳統(tǒng)摩擦系數(shù)測(cè)試的基礎(chǔ)上，根據(jù)相似性原理相繼提出了多種微成形摩擦的評(píng)價(jià)方法，比如圓柱壓縮實(shí)驗(yàn)法、圓環(huán)壓縮試驗(yàn)法、正擠壓實(shí)驗(yàn)法和雙杯擠壓實(shí)驗(yàn)法等等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)龔峰研究了圓柱試樣微鐓粗過(guò)程的摩擦尺度效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在油潤(rùn)滑條件下，摩擦系數(shù)隨著試樣尺寸的減小而逐漸增大；而在固體潤(rùn)滑情況下摩擦系數(shù)變 化不大(F. Gong, B. Guo, C. J. Wang, D. B. Shan. Size effect on friction of C3602 incylinder compression. Tribology Transactions. 2010, 53 (2) :244-248)。德國(guó) A. Messner等人利用相似性原理研究了試樣外徑尺寸分別為8mm、4mm、2mm和Imm的圓環(huán)繳粗過(guò)程的微摩擦現(xiàn)象，結(jié)果顯示隨著試樣尺寸減小，摩擦系數(shù)增大(A. Messner, U. Engel, R. Kals,F. Vollertsen. Size effect in the FE—simulation of micro-forming process. Journalof Materials Processing Technology. 1994，45 (1-4) :371-376)。盡管圓柱 / 圓環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)法簡(jiǎn)單易操作，但是由于變形路徑簡(jiǎn)單，相對(duì)新表面膨脹率低，僅能達(dá)到20%，在微成形摩擦測(cè)試方面準(zhǔn)確度難以保證。正擠壓試驗(yàn)法通過(guò)利用微擠壓過(guò)程載荷-行程曲線的斜率來(lái)評(píng)價(jià)塑性微體積成形過(guò)程的摩擦尺度效應(yīng)(M. Noorani-Azad, M. Bakhshi-Jooybari, S. J. Hosseinipour,A. Gorji. Experimental and numerical study of optimal die profile in cold forwardrod extrusion of aluminum.Journal Materials Processing Technology.2005,164-165 :1572-1577)。但是，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)試樣與模具之間的接觸狀態(tài)十分復(fù)雜，需要同時(shí)考慮模具與坯料、模具筒形內(nèi)壁與坯料之間共同作用，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以吻合。德國(guó)EGeiger教授提出了利用雙杯擠壓實(shí)驗(yàn)法研究了黃銅微成形過(guò)程的摩擦尺度效應(yīng)，通過(guò)上、下杯高之比來(lái)評(píng)價(jià)微擠壓過(guò)程的摩擦系數(shù)。結(jié)果表明，隨著微型化的加劇，微成形過(guò)程的摩擦系數(shù)逐漸增加(N. Tiesler, U. Engel, M. Geiger. Formingofmicroparts-effects of miniaturization on friction. Proceedings of the 6thICTP. Nuremberg, 1999 :889-894)。但是，雙杯擠壓實(shí)驗(yàn)中坯料與模具內(nèi)壁之間的壓力較小，材料的應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，導(dǎo)致該方法在評(píng)價(jià)微成形尺寸效應(yīng)時(shí)可信度降低。另外，由于微成形過(guò)程試樣尺寸小，以上幾種方法中潤(rùn)滑劑的均勻施加與儲(chǔ)存十分困難，難以滿足塑性微體積成形過(guò)程的摩擦系數(shù)的表征與測(cè)試要求。本專利針對(duì)以上問(wèn)題提出了基于T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)法來(lái)評(píng)價(jià)塑性微體積成形的摩擦尺度效應(yīng)。該方法利用成形過(guò)程的載荷及成形形狀對(duì)摩擦力的敏感性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微成形摩擦系數(shù)的測(cè)試，試樣表面膨脹率超過(guò)50%，坯料與模具型腔表面正壓力大，潤(rùn)滑劑很容易施加到兩端封閉的V型模具型腔內(nèi)，特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)與分析。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有塑性微體積成形摩擦系數(shù)測(cè)試方法中潤(rùn)滑劑的均勻施加與儲(chǔ)存困難的問(wèn)題，提出了一種基于T型微鐓粗法的塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)裝置，解決了不同潤(rùn)滑條件下塑性微成形摩擦系數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案為本專利技術(shù)所述塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、采用的T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行塑性微體積成形(微成形)實(shí)驗(yàn)，所述實(shí)驗(yàn)是基于微型沖頭、圓柱型試樣(圓柱坯料)以及V型溝槽凹模來(lái)實(shí)現(xiàn)的； 在T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，圓柱型試樣在微型沖頭的作用下產(chǎn)生變形，并向V型溝槽凹模的V型溝槽內(nèi)填充，使成形件截面形狀呈T形；步驟二、填充過(guò)程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關(guān)系，采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率評(píng)價(jià)微成形過(guò)程摩擦系數(shù)；斜率值越大，摩擦系數(shù)就越大；步驟三、定義參數(shù)K為T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程圓柱型試樣向V型溝槽填充時(shí)沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評(píng)價(jià)微體積成形過(guò)程摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)；K值與微成形過(guò)程摩擦系數(shù)或者摩擦因子成線性關(guān)系，可得K = A+BmK = C+D μ其中m為摩擦系數(shù)，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數(shù)。一種實(shí)現(xiàn)上述評(píng)價(jià)方法的塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，所述裝置包括上層、中層、下層、微型沖頭以及V型溝槽凹模；所述上層由由上至下設(shè)置的上模板、上墊板以及沖頭固定板接連在一起組成，上層中通過(guò)銷釘進(jìn)行定位并通過(guò)螺釘進(jìn)行連接；中層由中間墊板、合模板以及加熱圈組成，中間墊板位于合模板的上方，加熱圈安裝在合模板上的中心孔內(nèi)；下層由凹模固定板和下模座組成，凹模固定板位于下模座的上方；上層、中層、下層通過(guò)四根精密導(dǎo)柱和八個(gè)導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，中層、下層中各安裝有四個(gè)導(dǎo)套，每對(duì)下上設(shè)置的導(dǎo)套同軸；上層、中層之間通過(guò)帶有彈簧的連接柱連接，在合模時(shí)，中間墊板在帶有彈簧的連接柱的作用下運(yùn)動(dòng)，直至與下層接觸；通過(guò)連接柱內(nèi)部的彈簧實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮過(guò)程位移的輸出，即上層沿帶有彈簧的連接柱下行時(shí)，連接柱上的彈簧被壓縮，彈簧的彈力驅(qū)動(dòng)中層下行合模；中層和下層之間設(shè)有四個(gè)彈簧，且中層和下層之間設(shè)有連接側(cè)板，在開(kāi)模時(shí)，中間墊板在四個(gè)彈簧的作用下彈起，并在連接側(cè)板的作用下限位；微型沖頭居中安裝在上層及中層上，微型沖頭下部的工作端位于加熱圈內(nèi)，V型溝槽凹模安裝在凹模固定板上，且V型溝槽凹模位于微型沖頭的正下方；力傳感器通過(guò)固定螺栓固定在上墊板內(nèi)位于且位于微型沖頭上；力傳感器用于在T型微壓縮過(guò)程中，進(jìn)行測(cè)試試件變形過(guò)程沖頭的載荷；激光位移傳感器通過(guò)螺栓安裝在下模座上；反射鏡片通過(guò)鏡片固定板安裝在上模板上，反射鏡片位于激光位移傳感器的正上方；激光位移傳感器通過(guò)測(cè)試反射鏡片的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)對(duì)上層的位移測(cè)量。所述塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)裝置在使用時(shí)，上模板與微沖壓設(shè)備上工作臺(tái)固定，下模座與設(shè)備下工作臺(tái)固定。本專利技術(shù)的有益效果是本專利技術(shù)所述裝置利用T型微鐓粗方法評(píng)價(jià)塑性微體積成形過(guò)程摩擦尺度效應(yīng)。該方法利用微鐓粗過(guò)程的載荷-位移曲線和T型高度對(duì)摩擦力的敏感性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微成形摩擦系數(shù)的測(cè)試，試樣表面膨脹率大，潤(rùn)滑劑容易施加到兩端封閉的V型模具型腔內(nèi)，該坯料與模具型腔表面正壓力大，摩擦系數(shù)測(cè)試準(zhǔn)確，特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)固本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)方法，其特征在于：所述方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的：步驟一、采用的T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行塑性微體積成形實(shí)驗(yàn)，所述實(shí)驗(yàn)是基于微型沖頭(1)、圓柱型試樣(2)以及V型溝槽凹模(3)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；在T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，圓柱型試樣(2)在微型沖頭(1)的作用下產(chǎn)生變形，并向V型溝槽凹模(3)的V型溝槽內(nèi)填充，使成形件截面形狀呈T形；步驟二、填充過(guò)程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關(guān)系，采用沖頭載荷？沖頭位移曲線的斜率評(píng)價(jià)微成形過(guò)程摩擦系數(shù)；斜率值越大，摩擦系數(shù)就越大；步驟三、定義參數(shù)K為T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程圓柱型試樣(2)向V型溝槽填充時(shí)沖頭載荷？沖頭位移曲線的斜率，作為評(píng)價(jià)微體積成形過(guò)程摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)；K值與微成形過(guò)程摩擦系數(shù)或者摩擦因子成線性關(guān)系，可得K＝A+BmK＝C+Dμ其中m為摩擦系數(shù)，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數(shù)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)方法，其特征在于所述方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、采用的T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行塑性微體積成形實(shí)驗(yàn)，所述實(shí)驗(yàn)是基于微型沖頭(I)、圓柱型試樣⑵以及V型溝槽凹模⑶來(lái)實(shí)現(xiàn)的； 在T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，圓柱型試樣(2)在微型沖頭(I)的作用下產(chǎn)生變形，并向V型溝槽凹模(3)的V型溝槽內(nèi)填充，使成形件截面形狀呈T形； 步驟二、填充過(guò)程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關(guān)系，采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率評(píng)價(jià)微成形過(guò)程摩擦系數(shù)；斜率值越大，摩擦系數(shù)就越大； 步驟三、定義參數(shù)K為T型微鐓粗實(shí)驗(yàn)過(guò)程圓柱型試樣(2)向V型溝槽填充時(shí)沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評(píng)價(jià)微體積成形過(guò)程摩擦尺度效應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)； K值與微成形過(guò)程摩擦系數(shù)或者摩擦因子成線性關(guān)系，可得 K = A+Bm K = C+D μ 其中m為摩擦系數(shù)，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數(shù)。2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述評(píng)價(jià)方法的塑性微體積成形摩擦尺度效應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，其特征在于所述裝置包括上層(I)、中層(II)、下層(III)、微型沖頭(I)以及V型溝槽凹模(3);所述上層(I)由由上至下設(shè)置的上模板￠)、上墊板(7)以及沖頭固定板(8)接連在一起組成沖層(II)由中間墊板(9)、合模板(10)以及加熱圈(16)組成，中間墊板(9)位于合模板(10)的上方，加熱圈(16)安裝在合模板(10)上的中心孔內(nèi)；下層(III)由凹模固定板(11)和下模座(12)組成，凹模固定板(11)位于下模座(12)的上方；上層(I)、中層(II)、下層(III)通過(guò)四根精密導(dǎo)柱(5)和八個(gè)導(dǎo)套(4)進(jìn)行導(dǎo)向，中層(II)、下層(III)中各安裝有四個(gè)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐杰，郭斌，單德彬，王春舉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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