[发明专利]一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法，特别是金属管材发生不同程度塑性变形时滑动摩擦系数的测量方法。

背景技术

摩擦对金属塑性成形过程有着重要的影响。金属塑性成形过程中，材料与模具之间的接触压力很大，由此产生显著的摩擦力，阻止材料的塑性流动，不仅影响成形件的形状及尺寸精度、表面质量，而且会加剧模具磨损、降低模具寿命，是重要研究及需要解决的问题。

目前，金属塑性变形时摩擦系数的测量方法主要有两种，即直接测量法和模拟实验法。直接测量法是指在模具中安装力传感器直接测量金属塑性变形时所受的正压力和摩擦力，从而直接得出摩擦系数的方法。如中国专利CN 1560595A公开了一种实时测量金属板料拉深成形过程中不同部位的摩擦系数的测量系统，此专利将六个组合式探针传感器均布在圆筒件拉深凹模上，由多通道信号采集测试软件检测到板料上所测点的正向力和切向力数值，从而实时计算出该测量点的实时摩擦系数大小。此方法测量精度较高，但是操作繁琐。模拟实验法是用模拟装置来代替成形模具，通过简单的成形实验来模拟金属材料的成形过程，并测量材料发生塑性变形过程中的摩擦系数的方法。此方法操作简单，但测量精度不高。如中国专利CN 2826407Y公开了一种用于测量摩擦系数的拉延筋模具，可测量变深度拉延筋的摩擦系数，能较好地评价钢板在可变约束条件下的摩擦系数。此方法结构简单，操作方便，但是测量精度不是很高。

关于管材塑性变形时摩擦系数的实用测量方法，目前的公开报告的还较少。参考文献《基于径压胀形确定管材的摩擦因数》(刊载于《机械工程学报》，2007，43(1)：200-205，作者杨连发、邓洋、郭成)提出了一种测量管材塑性变形时摩擦系数的方法。此方法属于间接测量方法，即用管材变形时的截面几何参数来间接地表示摩擦系数的大小，原理及方法虽然比较简单，但测量工作量大，摩擦系数的标定比较困难，因此结果不太精确。

发明内容：

本发明的目的是针对目前管材塑性变形时摩擦系数的测量方法的不足，提供一种测量金属管材在不同塑性变形时摩擦系数的方法。

实现本发明目的的技术方案是：

利用管材径压胀形的原理来直接测量管材在经历不同塑性变形时的摩擦系数：管材在内部液压力及外部径向压力共同作用下产生连续的塑性变形(即达到不同的塑性变形程度)，对应某个塑性变形量，使管材沿其轴线往复运动，通过测量管材沿其轴线往复运动所需的轴向拉力摩擦力、变形管材外表面所受的压力即正应力，由这2个力即可直接计算出此变形时刻管材的摩擦系数的大小。

本发明所提出的测量金属管材在不同塑性变形时摩擦系数的方法，包括如下测量步骤：

1、将大小适中的薄壁圆管两端密封，将其放置于在成形模腔中；

2、向管材内注入高压液体，管材在逐渐增大的内部液压力P作用下逐渐胀形即产生塑性变形并贴紧成形模腔内壁，接触面变成平面，同时管材外壁受到一个逐渐增大的径向压力N的作用；

3、保持液压力P值不变，此时产生一定大小的塑性变形量，使管材沿其轴线相对于成形模腔往复均匀运动；

4、测量出管材轴向往复运动所需的轴向拉力F及管材外部的径向压力N，根据μ＝F/4Ncos45°计算出对应塑性变形量的摩擦系数μ_i；

5、继续增大内部液压力P，然后保持其值不变，此时产生更大的塑性变形量，在此变形量时测量轴向拉力F及径向压力N，再次计算出此时的摩擦系数μ_j；

6、重复第5步，直至管材胀形成所需的正方形截面时停止，在实验过程中可得到管材在不同塑性变形时的摩擦系数μ_n(n＝i，j，…n)。

所述的μ＝F/4Ncos45°由对管材的受力分析得来，因模具在生产中，受到很大的径向压力作用，而这个压力远远大于模具上模的重力、管材重力及液压油的重力，故本公式在建立过程中，忽略了上述三个力的合力G的作用，对管材的受力分析如下：

本发明的优点是：本发明方法属于直接的、实时的测量方法，仅需要一支管材，就可以连续地、有效地测量管材在不同塑性变形程度下的滑动摩擦系数，具有原理简单、操作简便、测量精度高、结果可靠、成本低等优点。

附图说明：

图1为本发明的原理图，其中图1(a)为管材轴向剖视图，图1(b)为沿A-A处的旋转45°剖视图；

图2为本实施例中的测量装置结构示意图；

图3为本实施例中的金属管材示意图；

图4为对管材的受力分析图。