一种板成形摩擦系数的测试装置

　　0　前言

　　在近年的研究中,广泛采用了有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)来分析计算钢板的塑性成形过程。这些方法的计算精度到边界条件,尤其是受摩擦条件的限制。通过比较FEM法和实际的生产过程,可以看出摩擦可以明显改变钢板表面的应力应变分布,从而对成形性产生显著的影响。摩擦边界条件的正确与否将直接导致计算机模拟板成形的精度高低。现采用新型摩擦试验装置,在接近真实的板成形加工的条件下来研究摩擦行为,并分析了摩擦装置的两个参数(圆辊直径和包角)对测试摩擦系数的影响。

　　1　摩擦测试装置

　　试验采用的摩擦系数测试装置原理如图1所示。试样的一端被机床的夹头夹紧,而另一端绕过T型块的圆角被压料板压紧。在试验前,左右移动T型块使得试验中F1垂直向上。调节距离H可以改变包角β的大小。试验过程中摩擦圆辊和T型块固定不动。试样绕过摩擦圆辊在拉力F1的牵引下发生塑性变形。F1和F2所对应的区域在试验中可以认为只发生简单的单向拉伸变形。

　　2　测试过程和数据分析

　　2.1　测试过程

　　将新设计加工的摩擦试验装置安装在液压式万能材料试验机的上。机床的上夹头夹紧带材的一端,机床的上夹头向上运动带动试样发生塑性变形。装置中的圆辊用来模拟冲头的圆角。本试验中设计了四种不同直径(8mm、12mm、18mm和26mm)的圆辊,在试验中采用了四种不同角度(90°、75°、60°和45°)的包角。用做好的四个角度的标具在试验中调节与控制包角的大小。试样尺寸为长500mm和宽15mm,试验材料的主要性能列于表1。

　　试验中将试样分为三个部分:变形区1(机床上夹头到圆辊之间的试样);变形区2(圆辊到T字型块之间的试样);变形区3(与圆辊接触部分的试样)。试验前在变形区1和变形区2表面上划两个标距,通过测量变形后标距的长度就可以知道这两个变形区域的主应变ε1和ε2。根据材料的应力应变关系就可以得到两个变形区的应力σ1和σ2,再测量变形后试样两个变形区的宽度和厚度L1、L2和T1、T2F1=σ1×L1×T1,F2=σ2×L2×T2,所以就可以得到两个变形区的拉力F1和F2。在试验中机床的拉延速度是5mm/s。

　　2.2　数据分析

　　摩擦计算:冲头圆角处拉伸和弯曲变形的力学微元体受力情况的分析如图2所示。

式中:r———冲头圆角半径;

　　w———带宽;

　　β———包角;

　　μ———摩擦系数。