[发明专利]金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法

说明书

本发明提供一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；加载模块用于对背张加载模块施加压边力；背张加载模块包括上压边块、下压边块和摩擦力传感器；低温测试模块包括上低温腔、下低温腔、模具辊、圆形法兰、方形法兰、圆形支架和方形支架；伺服牵引模块包括伺服电动机Ⅱ、伺服电动缸Ⅱ、拉力传感器和楔形夹具；数据采集处理系统包括多通道数据采集卡和计算机；自增压低温罐内贮存有超低温介质，连通至模具辊内部。本发明解决了现有技术缺少考虑低温条件的板材成形摩擦系数测量装置与方法的技术问题。

技术领域

本发明涉及金属板材摩擦性能测试技术领域，具体涉及一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法。

背景技术

拉深工艺作为金属板材的一种重要成形方法，在航空航天、国防军工、汽车制造、轨道交通等领域广泛应用。金属板材拉深成形过程中，板材与凹模圆角或凸模圆角接触的区域称为圆角区，圆角区摩擦系数不仅影响板材的起皱、开裂、回弹，还影响板材成形过程数值计算的准确性。与室温相比，低温下金属材料的强度塑性增强，超低温拉深工艺可显著提高板材的成形极限，但增大了圆角区摩擦系数的测量难度。目前，圆角区摩擦系数主要通过旋转或往复式摩擦磨损试验机测量，不能反映板材成形过程的表面摩擦特性。此外，已经发表的圆角区摩擦系数测量方法，也不适用于超低温拉深成形过程。

中国专利ZL201510526761.5公开了一种热冲压成形过程单面摩擦系数测试装置及测试方法，该方法通过圆柱面凸模与板条试样的滑动接触，模拟凹模圆角或者凸模圆角与板条试样之间的摩擦情况，通过测量法向压力和水平拉力计算摩擦系数。但该方法圆柱面凸模与板条试样之间的接触为线接触，存在很大的局部效应，无法反应真实的摩擦状态。另外，板材与凹模圆角和凸模圆角间的接触存在较大差别，不能用一种运动方式代替。

中国专利ZL201710526571.2公开了一种摩擦系数测定装置及设备，在此基础上，中国专利ZL201710527994.6提出了一种摩擦系数的测定方法。上述专利通过两个测定单元对两段相互连接的板材施加拉力和压力，两段板材相对于测定装置滑动，同时模拟法兰区和凹模圆角区的摩擦情况，根据测力值分别检测出法兰区和凹模圆角区的摩擦系数。但上述装置和方法只适用于室温条件下的摩擦系数测量。

金属板材超低温拉深成形过程中，模具-板材接触界面的摩擦特性会随温度的变化而改变。现有的板材成形摩擦系数测量装置，主要针对室温或高温条件设计，考虑低温条件的摩擦测试装置和方法尚处空白，有待进一步探索。

发明内容

根据上述提出现有技术缺少考虑低温条件的板材成形摩擦系数测量装置与方法的技术问题，而提供金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置及方法，能够实现金属板材超低温拉深成形过程中，圆角区摩擦系数的精准测量。

本发明采用的技术手段如下：

一种金属板材超低温拉深成形圆角区摩擦系数测量装置，包括加载模块、背张加载模块、自增压低温罐、低温阀、低温测试模块、温度控制器、PLC控制单元、伺服牵引模块和数据采集处理系统；

所述加载模块用于对所述背张加载模块施加压边力；所述加载模块与所述PLC控制单元电连接，所述PLC控制单元能够调节所述加载模块对所述背张加载模块施加的压边力；所述加载模块包括压力传感器Ⅱ，用于检测所述加载模块施加于所述背张加载模块的压边力；