挤压式摩擦试验装置改进研究

    1 引言

    挤压式摩擦试验装置^[1]具有操作简便、精度高等特点，研究进展情况倍受关注。为了提高其评价敏感性和实用性，应用有限元数值模拟方法对其构进行了改进研究。模拟结果表明，具有两段台阶凹模新结构比原结构的评价敏感性有很大的提高^[2]。通过试验，验证了模拟结果，并进行了对比分析。

    2 试验条件和过程

    2.1 试验装置

    为了保证凹模的精度，便于清除粘结在模具表面的润滑膜，模具被设计成两瓣可拆卸的结构，试验模具见图 1，凹模各部位尺寸见图 2。

    2.2 精度要求

    模拟结果表明，模具制造精度和试件直径误差对λ 值有一定影响。当模具内径公差控制在正差0.005mm 内时，影响较小，可以忽略不计，模拟结果见图 3 和图 4 。

    2.3 试验设备

    试验设备为 100 吨油压机，圆筒形电加热器最高加热温度为 450℃。试验装置放置在圆筒加热器内，加热温度通过贴在凹模体上的传感器进行测量，达到试验温度时，由液压机通过凸模传力给试件，使试件产生变形和滑动。凸模的尾部安装着载荷传感器，可将行程中的载荷准确地记录在仪器上。

    2.4 试验条件

    试验条件见表 1。其中 S45C、SCM435 和 15B25为 3 种母材材质牌号，B、L、C、Z 分别表示不同的润滑膜。从生产实际统计结果可知，润滑膜的优劣顺序为 B>L>C>Z。

    2.5 试验过程

    在常温下，用丙酮擦拭模具和试件表面，去除表面油污。将试件插入导向套中，插入凸模，一起放入圆筒形加热器中，将温度升到预定值后，按照预定的下降速度和行程，挤压试件。同时，载荷记录仪将测得的压力值记录下来。

    3 试验结果及讨论

    3.1 新旧装置载荷梯度比较

    在不同温度下，随着行程的增加，新旧装置的载荷变化情况见图 5 和图 6。可知，随着行程的增加，载荷呈上升趋势增大，说明在材料挤出的同时，材料发生了胀形。这种现象表明，新旧模具的结构形式符合试验装置的设计思路。当行程为 31.7mm 时，导向套与试件脱离，导向套对试件的作用完全消失，以此点作为测量载荷的基准点，对应行程为 31.7mm 的载荷就是作用在试件材料上的真实压力。从图中可以看出，温度为常温时，新模具的载荷大于旧模具；温度为 200℃时，新模具的载荷小于旧模具。也就是说，一定的温度梯度，得到了不同的载荷梯度，根据 λ 值计算公式可知，载荷梯度大，该模具的  λ 值越大，其敏感性越大。其余 3 种材料试件的试验结果也具有相同的现象。