金属板材高温摩擦系数测试系统及其计算方法技术方案

公开一种金属板材高温摩擦系数测试系统，包括：机架组件；安装于机架组件上的摩擦夹具组件，所述摩擦夹具组件包括相对设置以对试样施加正压力的两个摩擦单元、以及能可操纵地沿夹持方向将至少一个摩擦单元移动的承载组件；两个摩擦单元的其中一个摩擦单元与承载组件可活动地自适应连接；固定连接于机架组件上的导向固定组件，导向固定组件位于摩擦夹具组件的下方，用于对试样拉伸移动导向；用于对试样导电加热的导电加热组件，导电加热组件电性连接用于夹持试样的导电夹持端；用于沿试样长度方向拉伸试样的拉伸装置，拉伸装置具有用于夹持试样的拉伸夹持端。持试样的拉伸夹持端。持试样的拉伸夹持端。

Test system and calculation method of high temperature friction coefficient of metal plate

【技术实现步骤摘要】
金属板材高温摩擦系数测试系统及其计算方法


[0001]本专利技术涉及一种试验机与精密仪器
，具体的涉及一种金属板材高温摩擦系数测试系统及其计算方法。

技术介绍

[0002]热成形工艺在提升板料成形性、降低成形力以及提高成形零件精度等方面有着显著优势，在汽车、航空航天等领域的应用越来越广泛。热成形与冷成形相比，其板料与成形模具之间的摩擦行为更加复杂，对零件的成形精度、表面质量以及模具的摩擦磨损情况都有巨大的影响。为了准确地描述板料在热冲压过程中与模具之间的摩擦行为，需要对板料在不同温度、接触压力、滑动速度等状态下的摩擦系数进行准确测量。
[0003]但是板料在热成形过程中与模具之间温差较大，存在强烈的热量交换，尤其是厚度小于1mm的薄板，板料温度变化剧烈，而目前测量摩擦系数的实验装置在实验及计算过程中并未考虑板料在接触过程中的动态变化对摩擦系数测量的影响并且没有相应的摩擦系数数据处理方法。
[0004]专利“CN202122370719.2”提供了一种能够模拟不同使用情况、不同角度下多次检测产品摩擦系数的试验机，解决了传统摩擦系数试验机功能单一测量精度差等问题，但是该试验机无法实现被测物体加热及温度控制的功能。
[0005]而专利“CN112798454A”实现了被测板料在设定温度下的摩擦系数测量，但是该方法采用加热炉加热，与极板实际成形时导电加热方式不同，会导致板料摩擦表面状态的差异，进而影响测量准确性，并且没有考虑到板材与模具接触时的温降，无法获得板材实际摩擦区域的温度。针对以上问题，本专利技术提出了一种金属板材高温摩擦系数测试系统及计算方法。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的一个目的在于提供一种金属板材高温摩擦系数测试系统及其计算方法，能够实现被测物体加热及温度控制，用于解决现有技术中：1、金属板材高温下摩擦区域温度难以测量的问题；2、薄金属板(厚度≤1mm)接触降温过快导致摩擦系数难以准确测量的至少一个问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种金属板材高温摩擦系数测试系统，包括：
[0008]机架组件；
[0009]安装于所述机架组件上的摩擦夹具组件，所述摩擦夹具组件包括相对设置以对试样施加正压力的两个摩擦单元、以及能可操纵地沿夹持方向将至少一个摩擦单元移动的承载组件；所述两个摩擦单元的其中一个摩擦单元与承载组件可活动地自适应连接；
[0010]固定连接于所述机架组件上的导向固定组件，所述导向固定组件位于摩擦夹具组件的下方，用于对试样拉伸移动导向；
[0011]用于对试样导电加热的导电加热组件，所述导电加热组件电性连接用于夹持试样的导电夹持端；
[0012]用于沿试样长度方向拉伸试样的拉伸装置，所述拉伸装置具有用于夹持试样的拉伸夹持端。
[0013]优选的，所述摩擦夹具组件包括连接承载组件的正压力传感器；一个摩擦单元固定连接所述正压力传感器；另一个摩擦单元通过自调节铰链连接所述承载组件；所述自调节铰链包括固定连接另一个摩擦单元的第一连接对板、固定连接承载组件的第二连接对板以及竖直延伸的枢转轴；所述第一连接对板和所述第二连接对板通过所述枢转轴可转动地连接；一个摩擦单元为陶瓷材质，另一摩擦单元为模具钢材质，或者，两个摩擦单元均为陶瓷材质。
[0014]优选的，所述承载组件包括左移动加载平台、右移动加载平台、以及固定支撑连接所述左移动加载平台和右移动加载平台的限位平板；所述限位平板固定连接在所述机架组件上；所述限位平板设有供试样穿过的过孔；所述左右摩擦单元和所述导向固定组件分别位于所述过孔的上下两侧；所述第二连接对板通过支撑夹具固定连接所述右移动加载平台。
[0015]优选的，所述导向固定组件包括辊轮支架以及可转动地平行设置于所述辊轮支架的两个导向辊轮；两个导向辊轮之间具有用于试样穿过的辊轮间隙。
[0016]优选的，所述试样包括宽度相等的上端部分和下端部分、以及位于上端部分和下端部分之间被左右摩擦单元所夹持摩擦的中间部分；所述中间部分的宽度小于上端部分；所述上端部分包括沿竖直方向相间隔的拉伸机夹持段和上电极夹持段；所述拉伸机夹持段位于所述上电极夹持段的上方；所述下端部分的长度大于所述上端部分，所述下端部分包括沿竖直方向相间隔的下电极夹持段和导向辊轮夹持段；所述导向辊轮夹持段被夹持于两个导向辊轮之间；所述下电极夹持段位于所述导向辊轮夹持段的上方。
[0017]优选的，所述试样包括两片厚度在1mm以下的金属薄板以及固定于两片金属薄板之间的中间板料；所述中间板料与两片所述金属薄板构成厚度在1mm以上的试样；优选的，中间板料的厚度范围为0.5mm～1.5mm，所述中间板料与金属薄板的接触面粗糙度小于Ra0.4；所述中间板料的厚度与所述金属薄板的厚度呈负相关；
[0018]或者，所述试样为厚度为1mm～6mm的金属板材，优选的，所述试样为厚度为1mm～3mm的金属板材。
[0019]一种金属板材高温摩擦系数计算方法，包括：
[0020]将试样安装至如上任一所述的金属板材高温摩擦系数测试系统；
[0021]在无正压力时启动拉伸装置，以1mm/min～5mm/min的恒定速率匀速拉伸试样，测量干扰力的大小，重复两次以上取平均值为干扰力值；
[0022]调节一摩擦单元使其摩擦平面与试样的摩擦表面接触，移动另一自适应连接摩擦单元，使该摩擦单元自适应地调整为与另一摩擦单元相平行，利用正压力传感器读取正压力值，移动一摩擦单元使正压力值达到预定值；
[0023]接通导电加热组件，调整导电加热组件的电流大小使试样的摩擦区域温度分别达到设定值后启动拉伸装置将试样向上拉伸，使试样匀速向上运动预定距离与摩擦单元对磨；记录拉伸装置的力传感器测量的拉伸力作为摩擦力；
[0024]按照预定公式计算试样与摩擦单元之间的摩擦系数。
[0025]优选的，两个摩擦单元均为陶瓷材质，将拉伸装置的采集的拉力减去干扰力即为板料实际所受摩擦力，计算试样与陶瓷之间摩擦系数μ
d
‑
c
的公式如下：
[0026][0027]其中：
[0028][0029]式中，T
d
‑
c
为拉伸装置的力传感器测量的拉伸力，F
i
为干扰力，f
d
‑
c
为试样与摩擦单元摩擦时受到的摩擦力，F
n
为正压力传感器所测量的试样所受到的正压力值，上述参数单位均为N。
[0030]优选的，一个摩擦单元为陶瓷材质，另一摩擦单元为模具钢材质；试样与模具钢之间的摩擦系数μ
d
计算公式如下：
[0031][0032]其中：
[0033]f
d
＝T
d
‑
μ
d
‑
c
F
n
‑
F
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属板材高温摩擦系数测试系统，包括：机架组件；安装于所述机架组件上的摩擦夹具组件，所述摩擦夹具组件包括相对设置以对试样施加正压力的两个摩擦单元、以及能可操纵地沿夹持方向将至少一个摩擦单元移动的承载组件；所述两个摩擦单元的其中一个摩擦单元与承载组件可活动地自适应连接；固定连接于所述机架组件上的导向固定组件，所述导向固定组件位于摩擦夹具组件的下方，用于对试样拉伸移动导向；用于对试样导电加热的导电加热组件，所述导电加热组件电性连接用于夹持试样的导电夹持端；用于沿试样长度方向拉伸试样的拉伸装置，所述拉伸装置具有用于夹持试样的拉伸夹持端。2.如权利要求1所述的金属板材高温摩擦系数测试系统，其中，所述摩擦夹具组件包括连接承载组件的正压力传感器；一个摩擦单元固定连接所述正压力传感器；另一个摩擦单元通过自调节铰链连接所述承载组件；所述自调节铰链包括固定连接另一个摩擦单元的第一连接对板、固定连接承载组件的第二连接对板以及竖直延伸的枢转轴；所述第一连接对板和所述第二连接对板通过所述枢转轴可转动地连接；一个摩擦单元为陶瓷材质，另一摩擦单元为模具钢材质，或者，两个摩擦单元均为陶瓷材质。3.如权利要求1所述的金属板材高温摩擦系数测试系统，其中，所述承载组件包括左移动加载平台、右移动加载平台、以及固定支撑连接所述左移动加载平台和右移动加载平台的限位平板；所述限位平板固定连接在所述机架组件上；所述限位平板设有供试样穿过的过孔；所述两个摩擦单元和所述导向固定组件分别位于所述过孔的上下两侧；所述第二连接对板通过支撑夹具固定连接所述右移动加载平台。4.如权利要求1所述的金属板材高温摩擦系数测试系统，其中，所述导向固定组件包括辊轮支架以及可转动地平行设置于所述辊轮支架的两个导向辊轮；两个导向辊轮之间具有用于试样穿过的辊轮间隙。5.如权利要求1所述的金属板材高温摩擦系数测试系统，其中，所述试样包括宽度相等的上端部分和下端部分、以及位于上端部分和下端部分之间被左右摩擦单元所夹持摩擦的中间部分；所述中间部分的宽度小于上端部分；所述上端部分包括沿竖直方向相间隔的拉伸机夹持段和上电极夹持段；所述拉伸机夹持段位于所述上电极夹持段的上方；所述下端部分的长度大于所述上端部分，所述下端部分包括沿竖直方向相间隔的下电极夹持段和导向辊轮夹持段；所述导向辊轮夹持段被夹持于两个导向辊轮之间；所述下电极夹持段位于所述导向辊轮夹持段的上方。6.如权利要求1所述的金属板材高温摩擦系数测试系统，其中，所述试样包括两片厚度在1mm以下的金属薄板以及固定于两片金属薄板之间的中间板料；所述中间板料与两片所述金属薄板构成厚度在1mm以上的试样；优选的，...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵峻英，王文垚，明平文，侯泽然，杨代军，张存满，郭楠，张翔鹭，林建平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：