[发明专利]热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种热塑性成形技术领域的方法，具体是一种利用镦挤变形方式定量测试热锻中摩擦因子的方法。

背景技术

热成形过程中，摩擦常常伴随有塑性变形，称为塑性摩擦，它比机械摩擦更为复杂和剧烈。热塑性成形中工件与模具接触界面常常伴有热交换，同时工件表面的氧化皮，工件承受的较高表面压力以及新生表面的出现等，这些因素均增加了热塑性成形中摩擦的复杂性。摩擦边界直接影响着应力与应变的分布、金属的塑性以及金属的内部组织与性能，还会影响压下载荷以及模具寿命；如果边界摩擦控制不好还会导致缺陷，如金属充填不足、裂纹、不均匀变形产生的附加应力和残余应力等。因此研究热塑性中摩擦机理，合理利用摩擦与选择合适的润滑剂，对于热成形的精确成形，缺陷控制具有重要意义。

圆环镦粗法是经典的常用的塑性摩擦测试方法，一定尺寸的圆环在两平压头间压缩，利用圆环内径的变化率来表征摩擦系数或摩擦因子的大小。该方法的关键在于建立摩擦系数与圆环镦粗时内径变化之间的关系曲线(即摩擦标定曲线)，标定曲线可以通过检测、解析方法、有限元模拟等方法获得。将检测测得的圆环内径变化率和相应的变形程度，放到标定曲线图中就可以读出相应的摩擦系数或摩擦因子。圆环内径测量的准确性对获得的具体的摩擦因子数值起着至关重要的影响，但是由于圆环的鼓形效应，低摩擦时内径向外鼓，高摩擦时内径向内鼓，增加了变形后关键尺寸内径测量的难度。此外，检测中变形后塑性失稳的圆环内孔轮廓形状不规则更增加了测量的难度。同时，在实际热成形过程中，金属常常要进行复杂的变形和流动，但是圆环镦粗法中金属主要沿着模具做水平流动并没有金属流入模具的变形过程，变形路径较为简单；同时新生成表面比率较低，不适合用于测试复杂热成形过程中的摩擦。

1998年，X.TAN等人提出了一种圆环镦粗法圆环形试样的改良办法，将变形工件形状截面改为内凹形和外凸形，如图1所示。通过改良，可以扩大圆环镦粗法的适用范围，可以测试较高表面压力和较低表面压力下的摩擦因子。但是这种改良并未从根本上改进圆环镦粗法金属的流动方式，金属变形依旧只是沿着模具做水平方向流动，变形路径简单。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103612415A公开(公告)日2014.03.05，公开了一种热塑性成形摩擦特性参数的测试装置与测试方法，属于材料成形领域。所述测试装置包括上模部分和下模部分，上模部分由上模板、上模块、上隔热环、螺钉和销钉组成，下模部分由下模板、下模块、下隔热环、弹簧、电加热丝、石棉隔热板、热电偶测温计、螺钉和销钉组成。工作时，利用电加热丝对测试装置加热，热电偶测温计实时读取坯料和下模块的温度；下隔热环外壁插入上隔热环内壁并保持滑动配合，不仅对上模部分起导向作用，同时通过上、下隔热环和石棉隔热板大大减小坯料以及下模块的散热；利用圆环镦粗法进行摩擦系数和摩擦因子的测试。但该方法依旧利用的是圆环镦粗法的变形原理，仅是对锻造温度的控制做出了改进，而没有对圆环内径难于测量的问题做出改进；而且装置设计复杂，由于下模开有盲孔放置热电偶，这将削弱下模的强度，容易引起下模失效。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种热锻摩擦因子的镦挤变形测试方法，变形过程更接近实际的热成形过程，在保持测试精度的前提下，考虑到金属流动路径包括水平流动和流入模孔的流动过程，简化了整个测试步骤。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

步骤1)将由上、下模部分组成的模具固定于压机上，具体步骤为：先将下模部分固定在压机台面上，然后将上模部分与下模部分闭合，然后将上模座固定到压机滑块上。安装定位销并预设压机压下量和压下速度。

所述的上模部分优选包括：上模座和与其固定连接的上模块。

所述的下模部分优选包括：由外模和下模座构成的模座、用于放置工件的内模以及设置于内模上的定位圈；上模块与内模对正。

所述的模座包括：用于固定内模的外模以及与外模固定连接的下模座。

步骤2)对工件进行加热。

步骤3)进行润滑处理，采用现有的润滑介质与润滑方式对工件和/或模具表面进行润滑。

步骤4)记录工件出炉温度并将其置于下模部分、定位，具体步骤为：将工件置于内模上表面的中心位置，采用定位圈对工件进行定位，定位完成后，移开定位圈。

步骤5)开动压力机，使上模部分压下以实现对工件的镦挤过程，然后取出圆盘状的工件并淬火。