[发明专利]一种热挤压磨损加速试验方法及覆层模具破坏预测试验装置

说明书

技术领域

本发明属于热作模具试验领域，具体涉及一种热挤压磨损加速试验方法及覆层模具破 坏预测试验装置。

背景技术

热作模具(如，热锻模、热挤压模、热冲压模、压铸模、玻璃成形模等)是将加热的 金属或液体金属制成所需产品的工装，工作时热作模具同时承受高温作用和机械应力作 用，长时间使用会产生磨损、疲劳裂纹、塑性变形等缺陷从而造成失效，一般的热作模具 必须定期更换，采用表面工程技术(如，等离子熔覆/堆焊、激光熔覆/堆焊、表面喷涂等) 的热作模具表面具有一层或多层高性能覆层，不仅可以强化热作模具表面性能从而延长更 换时间，还可以修复报废热作模具从而重复利用。

热作模具(尤其是热挤压模)在挤压过程中，型槽表面会受到高温金属流动作用产生 的摩擦力，为了测量实际工况条件下热作模具的抗磨损能力与承受热力载荷能力，需要进 行性能试验，如：球磨损实验，该实验用于测试金属板料的磨损性能，但没有考虑到金属 板料在成型过程总的塑性变形对其磨损性能的影响；板条挤压实验，通过金属板料与静止 的棒状模具和工作台之间发生相对滑动来模拟摩擦行为，但金属变形带来的复杂的金属流 动现象在该实验中未能得到真实的体现；U形件拉伸弯曲实验，该实验用于测试材料摩擦 磨损性能，但是只能模拟冲压过程的磨损行为；扭转压缩试验，该实验可以模拟剪切摩擦 磨损，符合磨损过程剪切应变，但该实验无法实现对热挤压过程中模具在高温高压下发生 塑性变形的模拟。

可以看出，现有的热作模具性能试验存在以下问题：1)无法体现零部件挤压生产中 模具热力受载的过程，因而不能正确表征材料在热挤压服役环境条件下的性能，试验结果 参考价值较低；2)测试周期长、成本高，无法测得热作模具损伤失效演变过程；3)对于 采用表面工程技术的热作模具，无法进行寿命预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种热挤压磨损加速试验方法及覆层模具破坏预测试验装置，本 发明符合热挤压过程中的服役条件和过程，能迅速进入塑性变形状态，实现了磨损行为测 试和寿命预测。

本发明所采用的技术方案是：

一种热挤压磨损加速试验方法，试验前，将工件试样通过夹具与电机连接并置于加热 炉内，将热作模具试样通过夹具与伸缩机构连接并指向工件试样，在伸缩机构的夹具上设 置声传感器，通过有限元模拟软件对热挤压过程进行建模与成形模拟，得到热挤压过程中 塑性变形区的应力状态值，根据塑性成形应力分析公式计算出热作模具试样在热挤压过程 中所受的正应力和扭矩并转化为试验时伸缩机构需提供的压紧力和电机需提供的转速；试 验时，工件试样在计算好的压紧力和转速以及加热炉的加热下与热作模具试样压紧接触且 旋转摩擦，若设定了试验温度、试验时间和试验次数，则在试验温度下达到试验时间和试 验次数后，检测热作模具试样的磨损状况，若只设定试验温度，则在试验温度下等到声传 感器测到热作模具试样的覆层破坏或剥落信号时，终止试验并记录试验时间，预测热作模 具试样的覆层寿命。

进一步地，应力状态值是从热挤压过程中的塑性变形区所获得；计算过程中将主切应 力平面设为研究对象；通过主切应力平面的最大切应力求出扭矩，进而求出转速；通过主 切应力平面的正应力求出正压力。

一种基于上述热挤压磨损加速试验方法的覆层模具破坏预测试验装置，包括控制器、 试验台以及设在试验台上的电机、伸缩机构和加热炉，电机的输出轴和伸缩机构的伸缩端 分别通过夹具与工件试样和热作模具试样连接，工件试样位于加热炉内，伸缩机构的夹具 上设有声传感器，控制器分别与电机、加热炉、声传感器和伸缩机构连接。

进一步地，工件试样的外端设有中心销和绕中心销设置的环槽，热作模具试样的外端 设有与中心销配合的凹槽和与环槽配合的凸环。

进一步地，加热炉为横向管式电阻炉，加热温度在900℃以内可调。

进一步地，伸缩机构为电液推杆。

进一步地，电机和伸缩机构的夹具均为三爪卡盘。

本发明的有益效果是：

1)工件试样和热作模具试样采用压力-扭转系统模拟热挤压过程中的塑性变形，以塑 性变形区的正应力和扭矩为对象，符合热挤压过程中正应力及剪切力的服役环境，压力和 转速可调，实现了正应力与剪切应力联合作用发生塑性变形而失效的真实模拟，同时，加 热炉位试验提供了一个加热的环境，真实反映了热挤压过程。

2)当正应力不足以让材料进入塑性状态发生塑性变形时，可以通过添加扭矩进入塑 性状态，本发明通过正应力和扭矩同时作用，迅速进入塑性变形状态，加速了试验。