一種塑性微體積成形摩擦尺度效應評價方法及評價裝置，屬于精密成形微摩擦領域，解決了不同潤滑條件下塑性微成形摩擦系數的測量問題。所述實驗是基于微型沖頭、圓柱型試樣以及V型溝槽凹模來實現的；采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率表征微成形過程摩擦系數；定義參數K為T型微鐓粗實驗過程圓柱型試樣向V型溝槽填充時沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評價微體積成形過程摩擦尺度效應的評價參數；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，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位于且位于微型沖頭上。本發明專利技術特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應的評價。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種塑性微體積成形摩擦尺度效應評價裝置，特別適合測試塑性微體積成形過程的摩擦系數，屬于精密成形微摩擦領域。
技術介紹
根據傳統的塑性成形理論，在金屬塑性成形過程，摩擦系數或者摩擦因子是一定的，與試樣尺寸無關。然而，在塑性微成形領域，隨著試樣尺寸的減小，摩擦系數或者摩擦因子也隨之產生了變化，產生了明顯的摩擦尺度效應。在傳統摩擦系數測試的基礎上，根據相似性原理相繼提出了多種微成形摩擦的評價方法，比如圓柱壓縮實驗法、圓環壓縮試驗法、正擠壓實驗法和雙杯擠壓實驗法等等。哈爾濱工業大學龔峰研究了圓柱試樣微鐓粗過程的摩擦尺度效應，發現在油潤滑條件下，摩擦系數隨著試樣尺寸的減小而逐漸增大；而在固體潤滑情況下摩擦系數變 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 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的圓環繳粗過程的微摩擦現象，結果顯示隨著試樣尺寸減小，摩擦系數增大(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 / 圓環壓縮實驗法簡單易操作，但是由于變形路徑簡單，相對新表面膨脹率低，僅能達到20%，在微成形摩擦測試方面準確度難以保證。正擠壓試驗法通過利用微擠壓過程載荷-行程曲線的斜率來評價塑性微體積成形過程的摩擦尺度效應(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，實驗中發現試樣與模具之間的接觸狀態十分復雜，需要同時考慮模具與坯料、模具筒形內壁與坯料之間共同作用，導致模擬結果與實驗數據難以吻合。德國EGeiger教授提出了利用雙杯擠壓實驗法研究了黃銅微成形過程的摩擦尺度效應，通過上、下杯高之比來評價微擠壓過程的摩擦系數。結果表明，隨著微型化的加劇，微成形過程的摩擦系數逐漸增加(N. Tiesler, U. Engel, M. Geiger. Formingofmicroparts-effects of miniaturization on friction. Proceedings of the 6thICTP. Nuremberg, 1999 :889-894)。但是，雙杯擠壓實驗中坯料與模具內壁之間的壓力較小，材料的應變強化對實驗結果影響較大，導致該方法在評價微成形尺寸效應時可信度降低。另外，由于微成形過程試樣尺寸小，以上幾種方法中潤滑劑的均勻施加與儲存十分困難，難以滿足塑性微體積成形過程的摩擦系數的表征與測試要求。本專利針對以上問題提出了基于T型微鐓粗實驗法來評價塑性微體積成形的摩擦尺度效應。該方法利用成形過程的載荷及成形形狀對摩擦力的敏感性來實現對微成形摩擦系數的測試，試樣表面膨脹率超過50%，坯料與模具型腔表面正壓力大，潤滑劑很容易施加到兩端封閉的V型模具型腔內，特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應的評價與分析。
技術實現思路
本專利技術針對現有塑性微體積成形摩擦系數測試方法中潤滑劑的均勻施加與儲存困難的問題，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評價方法及評價裝置，解決了不同潤滑條件下塑性微成形摩擦系數的測量問題。本專利技術為解決上述技術問題采取的技術方案為本專利技術所述塑性微體積成形摩擦尺度效應評價方法是按照以下步驟實現的步驟一、采用的T型微鐓粗實驗法進行塑性微體積成形(微成形)實驗，所述實驗是基于微型沖頭、圓柱型試樣(圓柱坯料)以及V型溝槽凹模來實現的； 在T型微鐓粗實驗過程中，圓柱型試樣在微型沖頭的作用下產生變形，并向V型溝槽凹模的V型溝槽內填充，使成形件截面形狀呈T形；步驟二、填充過程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關系，采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率評價微成形過程摩擦系數；斜率值越大，摩擦系數就越大；步驟三、定義參數K為T型微鐓粗實驗過程圓柱型試樣向V型溝槽填充時沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評價微體積成形過程摩擦尺度效應的評價參數；K值與微成形過程摩擦系數或者摩擦因子成線性關系，可得K = A+BmK = C+D μ其中m為摩擦系數，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數。一種實現上述評價方法的塑性微體積成形摩擦尺度效應評價裝置，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，上層中通過銷釘進行定位并通過螺釘進行連接；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；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、下層通過四根精密導柱和八個導套進行導向，中層、下層中各安裝有四個導套，每對下上設置的導套同軸；上層、中層之間通過帶有彈簧的連接柱連接，在合模時，中間墊板在帶有彈簧的連接柱的作用下運動，直至與下層接觸；通過連接柱內部的彈簧實現對壓縮過程位移的輸出，即上層沿帶有彈簧的連接柱下行時，連接柱上的彈簧被壓縮，彈簧的彈力驅動中層下行合模；中層和下層之間設有四個彈簧，且中層和下層之間設有連接側板，在開模時，中間墊板在四個彈簧的作用下彈起，并在連接側板的作用下限位；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，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；力傳感器通過固定螺栓固定在上墊板內位于且位于微型沖頭上；力傳感器用于在T型微壓縮過程中，進行測試試件變形過程沖頭的載荷；激光位移傳感器通過螺栓安裝在下模座上；反射鏡片通過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測試反射鏡片的相對位置實現對上層的位移測量。所述塑性微體積成形摩擦尺度效應評價裝置在使用時，上模板與微沖壓設備上工作臺固定，下模座與設備下工作臺固定。本專利技術的有益效果是本專利技術所述裝置利用T型微鐓粗方法評價塑性微體積成形過程摩擦尺度效應。該方法利用微鐓粗過程的載荷-位移曲線和T型高度對摩擦力的敏感性來實現對微成形摩擦系數的測試，試樣表面膨脹率大，潤滑劑容易施加到兩端封閉的V型模具型腔內，該坯料與模具型腔表面正壓力大，摩擦系數測試準確，特別適合塑性微體積成形摩擦尺度效應的評價。同時，能夠實現固本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種塑性微體積成形摩擦尺度效應評價方法，其特征在于：所述方法是按照以下步驟實現的：步驟一、采用的T型微鐓粗實驗法進行塑性微體積成形實驗，所述實驗是基于微型沖頭(1)、圓柱型試樣(2)以及V型溝槽凹模(3)來實現的；在T型微鐓粗實驗過程中，圓柱型試樣(2)在微型沖頭(1)的作用下產生變形，并向V型溝槽凹模(3)的V型溝槽內填充，使成形件截面形狀呈T形；步驟二、填充過程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關系，采用沖頭載荷？沖頭位移曲線的斜率評價微成形過程摩擦系數；斜率值越大，摩擦系數就越大；步驟三、定義參數K為T型微鐓粗實驗過程圓柱型試樣(2)向V型溝槽填充時沖頭載荷？沖頭位移曲線的斜率，作為評價微體積成形過程摩擦尺度效應的評價參數；K值與微成形過程摩擦系數或者摩擦因子成線性關系，可得K＝A+BmK＝C+Dμ其中m為摩擦系數，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數。
【技術特征摘要】
1.一種塑性微體積成形摩擦尺度效應評價方法，其特征在于所述方法是按照以下步驟實現的 步驟一、采用的T型微鐓粗實驗法進行塑性微體積成形實驗，所述實驗是基于微型沖頭(I)、圓柱型試樣⑵以及V型溝槽凹模⑶來實現的； 在T型微鐓粗實驗過程中，圓柱型試樣(2)在微型沖頭(I)的作用下產生變形，并向V型溝槽凹模(3)的V型溝槽內填充，使成形件截面形狀呈T形； 步驟二、填充過程中微型沖頭載荷與摩擦力成線性關系，采用沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率評價微成形過程摩擦系數；斜率值越大，摩擦系數就越大； 步驟三、定義參數K為T型微鐓粗實驗過程圓柱型試樣(2)向V型溝槽填充時沖頭載荷-沖頭位移曲線的斜率，作為評價微體積成形過程摩擦尺度效應的評價參數； K值與微成形過程摩擦系數或者摩擦因子成線性關系，可得 K = A+Bm K = C+D μ 其中m為摩擦系數，μ為摩擦因子，A、B、C、D為常數。2.一種實現權利要求I所述評價方法的塑性微體積成形摩擦尺度效應評價裝置，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；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)通過四根精密導柱(5)和八個導套(4)進行導向，中層(II)、下層(III)中各安裝有四個...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐杰，郭斌，單德彬，王春舉，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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