[发明专利]一种测试热冲压成形过程板材的热摩擦系数装置

说明书

技术领域

本发明属于试验参数测试设备领域，具体的说，适用于测试高强钢板热冲压成形过程中的摩擦系数值。

背景技术

伴随着日益严重的环境和能源问题，实现汽车工业的节能减排已经得到了越来越多的重视。汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要手段之一，为实现汽车的轻量化，高强钢材料的应用已经成为了一种重要的手段。热成形工艺作为高强钢材料的一种重要成形手段，已经开始应用于汽车零件的成形工艺中。

摩擦和润滑在板料成形中起着重要的作用。摩擦系数值的大小对于板料冲压成形时的模具设计、冲压工艺参数的制动都具有重要的意义。在有限元分析计算中，摩擦系数值也是极为重要的输入参数。因此用实验的方法来测定板料在冲压成形过程中的摩擦系数一直是板料成形研究中的重点和难点，对摩擦系数值的测定具有重要的工程意义。

而目前测试高温下摩擦系数的装置和方法较为少见。国外的一些研究人员进行过相关测试装置的探索。但本文的测试装置尚未见到报道。本测试装置可以准确的测试高强度钢板在高温条件下的摩擦系数值，为热成形工艺设计和数值模拟提供重要参数。

发明内容

一种测试热冲压成形过程板材的热摩擦系数装置，包括加热炉、氩气瓶、红外测温仪、加压装置和拉拔装置，其特征在于：加热炉与氩气瓶管道连接；加压装置安装在加热炉炉口处；拉拔装置安装在加压装置另一侧与被测试样相连；红外测温仪安置在液压机构旁边，用于测量板材的温度。

所述加压装置由压头和压力传感器组成；压头由液压机构驱动，分为上压头和下压头，它们分别垂直于水平方向放置；上压头带有螺纹旋动装置，能自由转动并锁死，用以调节间隙大小；下压头下部连接压力传感器；压力传感器的另一端连接液压机构；试验时，通过液压装置来调节下压头输出载荷力，载荷的大小通过压力传感器显示。

所述拉拔装置由电动机、滚动丝杆拉伸装置、拉拔载荷传感器和变速机构组成；其中电动机输出轴通过联轴器与变速机构连接，变速机构通过键与滚动丝杆拉伸装置连接，拉拔载荷传感器一端与滚动丝杆拉伸装置相连，另一端与被测试样连接。

所述加热炉水平设置，带有炉口，炉口朝压头方向，用于加热被测试样。

所述拉拔载荷传感器，用于记录拉动被测试样时的拉力值。

所述变速机构通过联轴器与电动机连接，以实现电动机的输出速度无级变速可调，使被测试样以一定的速度移动。

所述压头的材料为热成形模具钢，或者是与热成形模具钢机械性能、热处理状态相类似的材料，应具有良好的耐高温性、硬度值和抗氧化性。

被测试试样一般为用于热冲压成形用高强度钢板材，但也不限于高强度钢板材料，一般的金属板材均可进行试验。

所述上压头和下压头之间留有一个板料厚度的间隙，该间隙保持与加热炉出口在一条水平线上；试验时板料通过后面的拉拔装置从这个间隙中穿过，压头给板材施加压力，压力传感器和拉拔载荷传感器分别记录出压头压力值和拉伸力的值；通过计算机处理系统，根据库仑摩擦力公式μ=   ，计算出摩擦系数值；其中μ为摩擦系数，T_F为拉拔力(N)，P为正压力（N）。

根据热冲压成形过程中模具与板料之间的作用力情况，试验测试时，压头对板材的施加一定的压力。通过液压装置调节不同的试验用压力载荷值，可以得到不同载荷条件下的试验结果。

根据热冲压成形时板材成形温度的变化范围，板材的加热温度一般设定在600-950℃之间；设置不同的加热温度，能测定不同温度条件下板材的摩擦系数值。

实际测试时，从炉口处将板材水平放入加热炉中，板材的另一端通过上压头和下压头之间的间隙与拉拔载荷传感器、拉拔装置相连接。当板材在炉中加热到设定的温度后，电动机开始启动，拉拔装置将板料从炉中水平拉出，然后，红外测温仪随之测定出压头处板料的温度，该温度即为试验温度；液压装置向压头施加压力载荷，与下压头连接的压力传感器的读数即为试验条件下的压力值。电动机不断工作，拉拔出的板料缓慢从炉内不断移除，直至试验结束。

本测试装置结构简单，能够准确的测试高强度钢板在高温条件下的摩擦系数值，该数值可以为热冲压成形的数值模拟过程提供重要的输入参数，对热冲压成形工艺设计起到重要的指导作用。

附图说明

  图1，热摩擦系数测试装置组成示意图；

图2，板材摩擦系数测试示意图。