专利名称：一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法，特别是金属管材发生不同 程度塑性变形时滑动摩擦系数的测量方法。
背景技术：
摩擦对金属塑性成形过程有着重要的影响。金属塑性成形过程中，材料与模具之 间的接触压力很大，由此产生显著的摩擦力，阻止材料的塑性流动，不仅影响成形件的形状 及尺寸精度、表面质量，而且会加剧模具磨损、降低模 具寿命，是重要研究及需要解决的问 题。目前，金属塑性变形时摩擦系数的测量方法主要有两种，即直接测量法和模拟实 验法。直接测量法是指在模具中安装力传感器直接测量金属塑性变形时所受的正压力和摩 擦力，从而直接得出摩擦系数的方法。如中国专利CN 1560595A公开了一种实时测量金属 板料拉深成形过程中不同部位的摩擦系数的测量系统，此专利将六个组合式探针传感器均 布在圆筒件拉深凹模上，由多通道信号采集测试软件检测到板料上所测点的正向力和切向 力数值，从而实时计算出该测量点的实时摩擦系数大小。此方法测量精度较高，但是操作繁 琐。模拟实验法是用模拟装置来代替成形模具，通过简单的成形实验来模拟金属材料的成 形过程，并测量材料发生塑性变形过程中的摩擦系数的方法。此方法操作简单，但测量精度 不高。如中国专利CN 2826407Y公开了一种用于测量摩擦系数的拉延筋模具，可测量变深 度拉延筋的摩擦系数，能较好地评价钢板在可变约束条件下的摩擦系数。此方法结构简单， 操作方便，但是测量精度不是很高。关于管材塑性变形时摩擦系数的实用测量方法，目前的公开报告的还较少。参 考文献《基于径压胀形确定管材的摩擦因数》(刊载于《机械工程学报》，2007，43(1) 200-205，作者杨连发、邓洋、郭成)提出了一种测量管材塑性变形时摩擦系数的方法。此方 法属于间接测量方法，即用管材变形时的截面几何参数来间接地表示摩擦系数的大小，原 理及方法虽然比较简单，但测量工作量大，摩擦系数的标定比较困难，因此结果不太精确。

发明内容
本发明的目的是针对目前管材塑性变形时摩擦系数的测量方法的不足，提供一种 测量金属管材在不同塑性变形时摩擦系数的方法。实现本发明目的的技术方案是利用管材径压胀形的原理来直接测量管材在经历不同塑性变形时的摩擦系数管 材在内部液压力及外部径向压力共同作用下产生连续的塑性变形(即达到不同的塑性变 形程度)，对应某个塑性变形量，使管材沿其轴线往复运动，通过测量管材沿其轴线往复运 动所需的轴向拉力摩擦力、变形管材外表面所受的压力即正应力，由这2个力即可直接计 算出此变形时刻管材的摩擦系数的大小。本发明所提出的测量金属管材在不同塑性变形时摩擦系数的方法，包括如下测量步骤1、将大小适中的薄壁圆管两端密封，将其放置于在成形模腔中；2、向管材内注入高压液体，管材在逐渐增大的内部液压力P作用下逐渐胀形即产 生塑性变形并贴紧成形模腔内壁，接触面变成平面，同时管材外壁受到一个逐渐增大的径 向压力N的作用；
3、保持液压力P值不变，此时产生一定大小的塑性变形量，使管材沿其轴线相对 于成形模腔往复均勻运动；4、测量出管材轴向往复运动所需的轴向拉力F及管材外部的径向压力N，根据μ =F/4Ncos45°计算出对应塑性变形量的摩擦系数μ i ；5、继续增大内部液压力P，然后保持其值不变，此时产生更大的塑性变形量，在此 变形量时测量轴向拉力F及径向压力N，再次计算出此时的摩擦系数μ；6、重复第5步，直至管材胀形成所需的正方形截面时停止，在实验过程中可得到 管材在不同塑性变形时的摩擦系数μη(π = i，j，…η)。所述的μ = F/4Ncos45°由对管材的受力分析得来，因模具在生产中，受到很大 的径向压力作用，而这个压力远远大于模具上模的重力、管材重力及液压油的重力，故本公 式在建立过程中，忽略了上述三个力的合力G的作用，对管材的受力分析如下
Zi1TV1 +μ2Ν2 +μ3Ν3= F
■ μλ=μ2 =μ3= //4}>=>// = F/4iVeos 45。
Ni =N2=N3^N4= iVcos45°本发明的优点是本发明方法属于直接的、实时的测量方法，仅需要一支管材，就 可以连续地、有效地测量管材在不同塑性变形程度下的滑动摩擦系数，具有原理简单、操作 简便、测量精度高、结果可靠、成本低等优点。


图1为本发明的原理图，其中图1(a)为管材轴向剖视图，图1(b)为沿A-A处的旋 转45°剖视图；图2为本实施例中的测量装置结构示意图；图3为本实施例中的金属管材示意图；图4为对管材的受力分析图。图中1.垫圈2.通液孔3.成型下模4.成型上模5.管材6.空心双头螺 栓7.压圈8.密封圈9.定位圈10.螺母N.径向压力F.轴向拉力
具体实施例方式实施例如图2所示，将空心双头螺栓6插入管材5内，在管材两端内装入压圈7及 密封圈8，套上定位圈9，然后在空心双头螺栓6两端装上垫圈1和螺母10并拧紧，从而对 管材实现密封。将装配好的管材放到成型下模3上，将成型上模4及成型下模3合模(均 为90°的V形模结构，如图1(b)所示)，基本上构成一个正方形断面。通过向空心双头螺 栓6中的通液孔2向管材内注入高压液体，管材5的中部在内部液压力P作用下逐渐胀大并贴紧成型下模3及成型上模4的内壁。保持液压力P大小不变并保持成型下模3及成型上模4静止不动，通过轴向拉力F拉动管材5在成型下模3及成型上模4内作往复均勻运 动，或者管材5及空心双头螺栓6等静止不动，成型下模3及成型上模4作往复均勻运动。 由拉力或压力传感器分别测量出径向压力N及轴向拉力F，并根据μ = F/4Ncos45°计算 出此时刻(对应液压力P或对应此塑性变形量)的摩擦系数。通过空心双头螺栓6中的通 液孔2向管材内注入更多的液体，管材5的内部液压力P逐渐增大，产生更大的塑性变形量 后保持液压力P的大小不变(可以通过溢流阀来实现)，使管材5相对成型下模3及成型上 模4作往复均勻运动，再次测量出此时的径向压力N及轴向拉力F，并计算出此时的摩擦系 数μ。如此反复，即可以得到管材在不同塑性变形时的摩擦系数。
权利要求
一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法，包括将大小适中的薄壁圆管两端密封，将其放置于在成形模腔中，向管材内注入高压液体，管材在逐渐增大的内部液压力P作用下逐渐胀形即产生塑性变形并贴紧成形模腔内壁，接触面变成平面，同时管材外壁受到一个逐渐增大的径向压力N的作用的步骤，其特征是还包括如下步骤(1)保持液压力P值不变，此时产生一定大小的塑性变形量，使管材沿其轴线相对于成形模腔往复均匀运动；(2)测量出管材轴向往复运动所需的轴向拉力F及管材外部的径向压力N，建立μ＝F/4Ncos45°的公式，计算出对应塑性变形量的摩擦系数μi；(3)继续增大内部液压力P，然后后保持其值不变，此时产生更大的塑性变形量，在此变形量时测量轴向拉力F及径向压力N，再次计算出此时的摩擦系数μj；(4)重复步骤(3)，直至管材胀形成所需的正方形截面时停止，在实验过程中可得到管材在不同塑性变形时的摩擦系数μn(n＝i，j，…n)。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征是成形模腔由2个呈90°的V形成型模 腔构成，合模后其截面呈正方形。
全文摘要
本发明公开了一种管材塑性变形时摩擦系数的测量方法，此方法利用管材径压胀形的原理管材在内部液压力及外部径向压力共同作用下产生连续的塑性变形，变形管材外壁与成形模腔内壁变成接触平面接触；对应某个塑性变形量，使管材沿其轴线往复运动，通过测量管材沿其轴线往复运动所需的轴向拉力摩擦力、变形管材外表面所受的压力即正应力，由这2个力即可直接计算出此变形时刻管材的摩擦系数的大小。本发明所提出的新方法属于直接的、实时的测量方法，仅需要一支管材，就可以连续地、有效地测量管材在不同塑性变形程度下的滑动摩擦系数，具有原理简单、操作简便、测量精度高、结果可靠、成本低等优点。
文档编号G01N19/02GK101865818SQ201010183838
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者杨连发, 雷攀 申请人:桂林电子科技大学