[发明专利]热冲压成形过程单面摩擦系数测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热冲压成形过程单面摩擦系数测试装置及测试方法。

背景技术

有关数据指出，“汽车整车质量降低10％，可提高燃油效率6％-8％；滚动阻力减少10％，可提高燃油效率3％；车辆机构传动效率提高10％，可提高燃油效率7％”。因此，汽车轻量化对于整车质量降低，以至于提高燃油效率有十分重要的意义。在新能源发展状况还不明朗的形势下，轻量化已成为全世界汽车企业应对低油耗的最佳手段。

但是，超高强钢在室温下变形能力很差。一方面，超高强钢板强度高，在室温下塑性变形范围很窄，所需冲压力大，容易开裂；另一方面，冲压成形后零件回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定性变差。因此传统的冷冲压方法难以解决超高强钢在汽车车身制造中遇到的问题。在热冲压工艺中，先进高强钢或超高强钢板料在加热炉中被加热到奥氏体化温度(900～950℃)，并在奥氏体区保持5分钟，然后将板料转移到压力机，在冲压模具中同时进行冲压成形和淬火，使成形零件获得100％马氏体组织。与其他成形工艺相比，板料的热冲压成形具有以下优点：变形抗力小、塑性好、成形极限高、易于成形；能够生产具有复杂几何形状的工件，成形零件具有良好的尺寸精度；配以合适的热处理方式，可使板料发挥其最佳的性能，为汽车提供高质量的零部件。

在热冲压成形工艺中，主要存在两种摩擦情况，如图1所示，其中包括压料板20、凹模21、硼钢板料(与下文中的板条试样11是同一部件)、凸模19和顶块22。一种是压料板20、凹模21与硼钢板料(与下文中的板条试样11是同一部件)之间的双面摩擦(命名为a类型)，另外一种是凹模圆角处硼钢板料与凹模21之间的单面摩擦(命名为b类型)。第一种摩擦情况描述成一金属薄板在拉力F_T作用下通过承受一恒定法向力F_N的两块平板之间(图2a中的a)。该模型可以反映真实情况的法向力和滑动速度。通过拉/压力传感器测的拉力和法向力，通过公式(1)计算获得摩擦系数

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针对第二种摩擦情况，图2b中的b所示的受力模型：金属薄板放在一平板和圆柱形凸模之间，圆柱形凸模施加一恒定外力F_N，金属薄板在外力F_T作用下以一定速度通过凸模和平板。该装置可以提供较大的法向压力，可以尽可能地逼近真实凹模圆角处受力情况。与第一种摩擦情况不同，金属薄板只有一个面与平板接触，通过公式(2)计算获得摩擦系数

μ=FTFN---(2)]]>

摩擦对于热冲压成形过程来说至关重要，直接影响到了模具磨损及成形件质量。如何确定高温高压状态下的摩擦系数，是一个关键问题。不同的测试摩擦系数的方法中，由于工件和模具接触不一样，这对摩擦系数的确定非常重要，必须有类似于热冲压的接触条件。国内外相关学者及工程技术人员对高温状态下硼钢的摩擦机理进行了深入研究，有关人员也提出了几种摩擦方面专利。

中国专利ZL201420013222，《板材高温摩擦系数测量装置》公开了一种简易的板材高温摩擦系数测量装置，但该装置如何施加法向力、如何控制法向力的大小；如何控制拉伸速度及力的大小等方面没有相关阐述。