[发明专利]薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料摩擦系数测试方法，特别是涉及一种材料变摩擦系数测试方法，应用于板材冲压成形摩擦学测试和板材冲压工艺控制技术领域。

背景技术

为了适应汽车轻量化的需求，近年来在汽车冲压件中大量采用屈服强度在300MPa以上的先进高强钢。这些新材料的使用在推动汽车工业领域轻量化的同时也带来了严重的回弹问题。因此通过有限元模拟技术来提高板料回弹预测精度对于降低冲压件的制造成本、保障整车装备质量、缩短新产品的开发周期具有重要的现实意义。

朱东波等认为板料的回弹是其整个成形历史的累积效应，成形过程与摩擦接触、模具几何形状等众多因素紧密相关，这说明摩擦是回弹的主要影响因素之一。Haluk Darendeliler等研究了摩擦对拉深成形的影响，采用变摩擦系数进行模拟分析的结果与实际结果更加符合。但目前在有限元数值模拟中，通常仅采用恒定摩擦系数来描述板料与模具之间的摩擦状态，不能全面、真实和精确地反应板料与模具之间的摩擦状态。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，通过销-盘试验来测定薄板与模具间的摩擦系数，采用新型销-盘摩擦副，使得在模具材料硬度远高于钢板的硬度时不会出现犁削现象而影响摩擦系数的测定，能更准确地建立变摩擦模型，得到更为精确的模拟结果，能建立更符合实际成形条件的变摩擦模型并应用于有限元模拟中。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法，以从待测摩擦系数的薄板件上的切割成下来的至少一块薄板试样作为一组对摩销，以模具材料制成的圆盘为对摩盘，使所述对摩盘相对所述对摩销进行转动，通过对销-盘模拟试验装置施加正压力使对摩销和对摩盘之间产生互动摩擦，形成测试薄板冲压摩擦系数的销-盘模拟试验装置，模拟冲压工艺过程中的摩擦行为，根据待测摩擦系数的薄板件的表面载荷承载范围，选择对销-盘模拟试验装置施加一系列不同的正压力来获取相对应的摩擦系数，建立变摩擦系数模型。

作为本发明优选的技术方案，从待测摩擦系数的薄板件上切割下来至少两块尺寸相同的薄板试样制成一组对摩销，将至少两块薄板试样同时安装在载体支撑模块上，形成对摩销系统，将对摩销系统与对摩盘组成销-盘模拟试验装置，使载体支撑模块上的至少两块薄板试样向对摩盘平衡施加相同的载荷。

作为本发明进一步优选的技术方案，从待测摩擦系数的薄板件上切割下来3块尺寸相同的薄板试样制成一组对摩销，采用三爪式支撑底座将3块薄板试样同时安装在同一个圆盘式的载体支撑模块上，任意相邻的两块薄板试样在以圆盘式的载体的旋转轴心为圆心的圆周上按照120°的角度均匀排布，形成对摩销系统，使载体支撑模块上的3个薄板试样向对摩盘平衡施加相同的载荷。

作为本发明更进一步优选的技术方案，将3块薄板试样镶嵌在三爪式支撑底座上设置的销的凹坑中进行固定安装，形成对摩销系统。

在上述技术方案中，优选从待测摩擦系数的薄板件上切割的薄板试样为圆角矩形，以此作为圆角矩形薄片销。

本发明薄板冲压成形中的变摩擦系数模型测定方法主要包括如下步骤：

1.选择摩擦副材料

为了使有限元仿真模拟更精确，必须选择和实际冲压中相同的材料作为摩擦副，即钢板材料和模具材料。淬回火的模具材料硬度远高于钢板的硬度，因此传统使用传统的模具材料为销，钢板材料为盘的模式会产生严重的犁削现象，从而导致无法精确测定摩擦系数。

本发明制作的销-盘使用较软的钢板材料为销，较硬的模具材料为盘。钢板通过线切割加工成薄片销，尽量保持原有表面状态。一组薄片销镶嵌在销的凹坑中充当销，在摩擦时直接与盘接触。圆盘由模具材料制成，直径根据立式销盘万能摩擦磨损试验机的底座尺寸而定，通过热处理和打磨使其接近实际冲压中模具的硬度和表面粗糙度。

2.确定实验参数

（1）转速

按照实际冲压速度与销旋转的等效直径换算后选取的转速。

（2）时间

在能够获得满足实验要求摩擦系数的前提下，为了提高实验效率尽可能选取较短的时间，因此选取的时间为1min。

（3）润滑条件

根据条件模拟原则，摩擦试验中的润滑条件与冲压成形中应尽可能一致，采用相同的润滑油和涂抹方法。

（4）载荷

考虑摩擦磨损试验机的有效加载范围，对应模具-工件表面载荷范围在摩擦试验时选取正压力。