本發(fā)明涉及一種材料加工技術(shù)領(lǐng)域摩擦的測(cè)量裝置，具體是一種用于管材數(shù)控彎曲成形過(guò)程中管材/模具在不同潤(rùn)滑狀態(tài)下摩擦系數(shù)測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：
彎管類零件由于容易滿足當(dāng)今先進(jìn)塑性成形領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品輕量化、強(qiáng)韌化等方面迫切要求，在航空航天、汽車(chē)和能源化工等高技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)控彎管技術(shù)不僅易于實(shí)現(xiàn)管材塑性彎曲的精確成形，而且具有高效、節(jié)能、質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和高技術(shù)化，因此，管材的數(shù)控彎曲成形已經(jīng)發(fā)展成為一種先進(jìn)適用技術(shù)。然而管材數(shù)控彎曲成形是一個(gè)多因素交互作用下的復(fù)雜物理過(guò)程，管材/模具間的摩擦條件則是影響該成形的關(guān)鍵因素，其在很大程度上決定著彎曲成形的可重復(fù)性、成形質(zhì)量、成形極限以及模具壽命。管材數(shù)控彎曲成形中其內(nèi)外壁受到多種模具的嚴(yán)格配合，如彎曲模、夾塊、壓塊、防皺塊、芯模等。彎曲時(shí)管件被彎管模和夾塊帶動(dòng)并纏繞在彎曲模圓槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，過(guò)彎曲切點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)設(shè)彎曲角度，管件與彎曲模的貼合使得管件達(dá)到所需要的彎曲半徑；壓塊不但使管材與防皺塊接觸，同時(shí)通過(guò)摩擦對(duì)管件外側(cè)施加一定的軸力。繞彎成形本質(zhì)上是依靠管材與各個(gè)不同模具之間的接觸摩擦作用而完成的，管材/模具的接觸界面分別有管材/防皺塊、管材/芯模間隙、管材/壓塊、管材/彎曲模以及管材/夾塊等。在管材彎曲過(guò)程中，管材與不同模具之間既有動(dòng)態(tài)接觸又有靜態(tài)接觸，且對(duì)不同模具/管材間的摩擦潤(rùn)滑條件要求十分苛刻，特別隨著管材數(shù)控加熱彎曲技術(shù)的發(fā)展，高溫對(duì)管材/模具間的摩擦潤(rùn)滑條件提出了更高的要求。準(zhǔn)確測(cè)量管材/模具間摩擦系數(shù)，合理設(shè)計(jì)摩擦潤(rùn)滑條件，可以有效減少起皺發(fā)生的趨勢(shì)，并使壁厚變化程度和截面畸變程度保持在許可范圍。管材/模具間摩擦系數(shù)控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致不良的摩擦與潤(rùn)滑狀態(tài)，從而引起彎管件失穩(wěn)起皺、壁厚減薄、截面畸變等缺陷，甚至導(dǎo)致模具損壞，生產(chǎn)成本增加；且對(duì)于目前廣泛應(yīng)用的有限元數(shù)值模擬方法，摩擦系數(shù)的不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致難以建立準(zhǔn)確的摩擦邊界條件，從而造成模擬仿真分析結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)差別較大。因此，為了更有效地控制摩擦，從摩擦學(xué)角度進(jìn)行模具及工藝設(shè)計(jì)以及建立準(zhǔn)確的摩擦邊界條件，迫切需要開(kāi)展管材數(shù)控彎曲成形中摩擦的測(cè)試方法研究。當(dāng)前摩擦測(cè)試方法主要有兩類：直接測(cè)量法和模擬試驗(yàn)法。直接測(cè)量法是指在塑性成形過(guò)程中，通過(guò)在模具表面安裝傳感器，直接測(cè)量真實(shí)塑性變形過(guò)程坯料和模具接觸表面的正壓力和摩擦力，從而得到摩擦系數(shù)的方法。直接測(cè)量法能夠?qū)φ鎸?shí)的而不是模擬的塑性成形過(guò)程進(jìn)行摩擦測(cè)試，但其有效性往往依賴于探針傳感器的使用以及測(cè)量點(diǎn)的選取，需要在模具和工件表面設(shè)置測(cè)力計(jì)或探針安裝孔，因此該方法具有很大的局限性。而模擬試驗(yàn)法是針對(duì)不同的成形加載條件，設(shè)計(jì)出與成形過(guò)程相近似的模擬試驗(yàn)裝置，對(duì)成形過(guò)程的摩擦行為進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)用比較廣泛。管材彎曲成形過(guò)程受多種模具嚴(yán)格配合作用，且溫度、壓力、彎曲速度等工藝參數(shù)交互影響下的接觸條件十分復(fù)雜，直接測(cè)量法在該過(guò)程難以應(yīng)用，因此針對(duì)管材彎曲過(guò)程的摩擦測(cè)試研究主要采用模擬測(cè)量法。目前鈑金成形領(lǐng)域常用模擬類摩擦測(cè)試裝置主要是針對(duì)板材成形過(guò)程，沒(méi)有專業(yè)針對(duì)管材彎曲成形過(guò)程的摩擦測(cè)試裝置。運(yùn)用板材摩擦測(cè)試裝置進(jìn)行管材摩擦系數(shù)測(cè)量時(shí)，一般需要將待測(cè)管材加工成平板試樣，通過(guò)扭轉(zhuǎn)壓縮試驗(yàn)、沖擊載荷試驗(yàn)等方法來(lái)測(cè)量管材/模具間的摩擦系數(shù)。然而管材在加工成平板試樣過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)試樣加工硬化、表面狀態(tài)變化(如表面平整度降低和表面擦傷等)等問(wèn)題，導(dǎo)致摩擦系數(shù)測(cè)量結(jié)果誤差很大，對(duì)于一些高強(qiáng)度管材(如TC4鈦合金管等)還會(huì)出現(xiàn)平板試樣無(wú)法加工等問(wèn)題；此外，現(xiàn)有的板材摩擦測(cè)試技術(shù)無(wú)法較真實(shí)地模擬管材彎曲過(guò)程溫度、壓力、彎曲速度等工藝參數(shù)交互影響下的接觸條件，如扭轉(zhuǎn)壓縮試驗(yàn)的摩擦行為是管材和模具之間的環(huán)形反復(fù)摩擦，而管材彎曲過(guò)程真實(shí)摩擦行為是管材內(nèi)、外壁與不同模具之間的單向摩擦，這就會(huì)導(dǎo)致模擬測(cè)試結(jié)果失真。因此，現(xiàn)有的摩擦測(cè)試裝置無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量管材彎曲成形過(guò)程中管材/模具間摩擦系數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服目前上述管材彎曲成形工藝技術(shù)背景中的不足，提供了一種適用于管材彎曲成形過(guò)程管材/模具摩擦系數(shù)的測(cè)量裝置，使其在不改變?cè)嚇颖砻鏍顟B(tài)和表面性能的前提下精確模擬管材彎曲成形過(guò)程中的摩擦條件，準(zhǔn)確測(cè)量摩擦系數(shù)值以更好地評(píng)價(jià)摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：水平傳動(dòng)傳感器平臺(tái)、液壓傳動(dòng)傳感器平臺(tái)、冷卻系統(tǒng)、上模具固定桿、管材試樣固定臺(tái)、摩擦力傳感器、電阻加熱爐、溫度傳感器、固定臺(tái)支座、電荷放大器、溫度控制裝置和A/D采集計(jì)算機(jī)。水平傳動(dòng)桿與管材模具固定臺(tái)相連接，管材試樣固定在試樣固定臺(tái)上，上模具固定在上模具固定桿上，上模具固定桿與液壓傳感器平臺(tái)裝配，冷卻裝置與水平傳動(dòng)桿、上模具固定桿和支撐做裝配，溫度傳感器位于上模具固定桿的下端，摩擦力傳感器位于管材試樣固定臺(tái)的左端，液壓傳感器平臺(tái)、水平傳動(dòng)傳感器平臺(tái)和各個(gè)傳感器分別通過(guò)電荷放大器與A/D采集計(jì)算機(jī)相連。所述的液壓傳感器平臺(tái)，負(fù)責(zé)通過(guò)上模具固定桿向上模具施加正壓力，同時(shí)通過(guò)傳感器測(cè)量出正壓力的大小，并將正壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。所述的水平傳動(dòng)傳感器平臺(tái)，負(fù)責(zé)通過(guò)水平傳動(dòng)桿使管材試樣固定臺(tái)按一定的速度向右水平滑動(dòng)。所述上模具，下端為弧面狀，與管材內(nèi)、外壁配合，上端為矩形狀，與上模具固定桿配合，上模具弧面可按照試驗(yàn)要求加工成不同的粗糙度。所述管材試樣，是從待測(cè)管材上切取得到的管弧段。所述管材試樣固定臺(tái)，為矩形條狀，其下端與水平傳動(dòng)桿右端的導(dǎo)軌槽配合，上端加工成與管材內(nèi)(外)壁配合的弧面狀，試樣固定臺(tái)的兩端開(kāi)設(shè)有螺紋孔，用于固定管材試樣。所述的上模具固定桿，為圓柱桿，下端加工成矩形槽，與上模具裝配，桿內(nèi)部有圓形孔，與溫度傳感器裝配。所述的支撐座，下端部分圓柱桿，上端部分為矩形導(dǎo)軌，與水平傳動(dòng)桿右端部分配合。所述的水平傳動(dòng)桿，左端部分為圓柱狀，右端部分為六面體狀，六面體上開(kāi)矩形導(dǎo)軌槽，管材試樣固定臺(tái)位于導(dǎo)軌上，六面體下面與支撐座導(dǎo)軌配合，水平傳動(dòng)桿向右移動(dòng)時(shí)，通過(guò)位于試樣固定臺(tái)右端的摩擦力傳感器測(cè)量出摩擦力的大小。所述的電荷放大器，負(fù)責(zé)接收液壓傳動(dòng)傳感器平臺(tái)、水平傳動(dòng)傳感器平臺(tái)、溫度傳感器、摩擦力傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，并將其微弱的電壓信號(hào)通過(guò)電荷放大器進(jìn)行放大。所述的溫度控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)設(shè)定試驗(yàn)溫度，根據(jù)實(shí)時(shí)溫度控制電阻加熱爐的加熱功率，并負(fù)責(zé)維持試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中溫度恒定。所述的A/D采集計(jì)算機(jī)包括參數(shù)設(shè)置模塊、A/D數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊，參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)在試驗(yàn)前設(shè)置試驗(yàn)條件，即溫度、壓力、滑動(dòng)速度；A/D采集模塊負(fù)責(zé)接收電荷放大器傳輸?shù)男盘?hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊，接受A/D轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)字信號(hào)，計(jì)算出每個(gè)時(shí)刻的摩擦系數(shù)；所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊，顯示A/D采集模塊的信息以及數(shù)據(jù)處理模塊處理后的結(jié)果。本發(fā)明在工作時(shí)，將上模具固定在上模具固定桿的下端，涂有潤(rùn)滑劑的待測(cè)管材試樣固定在管材試樣固定臺(tái)上，試驗(yàn)裝置工作時(shí)，先設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)(溫度、壓力和滑動(dòng)速度)，調(diào)節(jié)水平傳動(dòng)裝置，使管材試樣右端位于上模具正下方，然后啟動(dòng)液壓傳動(dòng)傳感器平臺(tái)進(jìn)行加載，使得上模具將要與管材試樣接觸時(shí)停止加載，使上模具與管材試樣自然接觸，再啟動(dòng)加熱爐，將模具和管材試樣加熱的預(yù)設(shè)溫度，然后將摩擦試驗(yàn)力清零，再次啟動(dòng)液壓傳動(dòng)傳感器平臺(tái)，使上模具和管材試樣之間的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，然后啟動(dòng)水平傳動(dòng)裝置，使得管材試樣隨著水平傳動(dòng)桿按照一定的速度水平向右移動(dòng)，上模具與管材試樣便發(fā)生了相對(duì)摩擦。在相對(duì)摩擦過(guò)程中摩擦力傳感器測(cè)量出摩擦力的大小，液壓傳感器平臺(tái)使得摩擦過(guò)程壓力保持恒定值，溫度傳感器測(cè)量出實(shí)時(shí)溫度值并將信號(hào)傳給溫度控制裝置。A/D采集計(jì)算機(jī)采集模塊采集試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)傳感器測(cè)得的摩擦試驗(yàn)力、正壓力、溫度、滑動(dòng)速度，數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)庫(kù)倫摩擦定律計(jì)算出摩擦系數(shù)，并通過(guò)顯示模塊顯示出試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程實(shí)時(shí)摩擦系數(shù)、摩擦力和摩擦系數(shù)-時(shí)間曲線圖。存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)將試驗(yàn)數(shù)據(jù)存盤(pán)、報(bào)表處理并生成完整的摩擦試驗(yàn)報(bào)告。本發(fā)明與現(xiàn)有管材摩擦測(cè)試技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明中管材試樣的是通過(guò)線切割技術(shù)直接從待測(cè)管材上得到的管弧段，無(wú)需將管材加工成平板試樣，避免了試樣加工過(guò)程引起的加工硬化、表面狀態(tài)變化以及試樣無(wú)法加工等問(wèn)題。(2)本發(fā)明的正壓力可以通過(guò)液壓傳感器平臺(tái)實(shí)時(shí)保持預(yù)設(shè)值，避免了摩擦試驗(yàn)過(guò)程壓力不穩(wěn)定對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響；溫度傳感器及其控制裝置可以保持試驗(yàn)過(guò)程中溫度恒定。(3)本發(fā)明中管材試樣和模具試樣之間摩擦行為是單向摩擦，接近管材真實(shí)彎曲加工過(guò)程，避免了因往復(fù)摩擦而引起摩擦系數(shù)測(cè)量誤差。(4)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)管材內(nèi)、外壁摩擦系數(shù)的測(cè)量，且只需要更換管材試樣固定臺(tái)和上模具即可完成內(nèi)、外壁摩擦系數(shù)的測(cè)定。(5)本發(fā)明中配備了移動(dòng)式電阻加熱爐，可以滿足不同溫度下摩擦系數(shù)測(cè)量，真實(shí)準(zhǔn)確模擬管材室溫/熱加工過(guò)程，特別是解決了在實(shí)際工程應(yīng)用中管高溫摩擦磨損性能的測(cè)試問(wèn)題。(6)本發(fā)明中各固定桿和傳動(dòng)桿的連接方式為緊固連接，整體剛性好；本發(fā)明操作依靠計(jì)算機(jī)智能控制，操作簡(jiǎn)便；本發(fā)明的加載裝置采用液壓加載，且各個(gè)參數(shù)均采用傳感器測(cè)...