应用介绍

MFT试验机-精确评估金属成形摩擦性能

汽车行业继续开发使用先进高强度钢（例如22MnB5）制造更轻，更坚固，更经济的汽车。热冲压用于制造车辆部件，方法是在封闭模具（H13钢）之间将钢坯料（Al-Si，Zn-Ni涂层）压至900℃以上，以获得最终形状（图1A）。据了解，沃尔沃约40%的车辆由热冲压钢制成。高温会导致工件和模具工具之间的过度摩擦和磨损，这些摩擦和磨损是由粘合剂、磨料和氧化磨损造成的（图1B）。这会导致故障，例如，表面光洁度差，部件断裂，以及由于过度粘附而导致的模具磨损。

了解工件和模具之间的高温摩擦和磨损对于降低与热成型操作相关的风险非常重要。

图 1.金属成型过程中的热冲压操作（A）以及与金属成型相关的磨损机理（B）。

有限元方法用于虚拟成形仿真，以降低模具开发成本。根据位置（即局部压力、温度、润滑剂、滑动速度条件）确定毛坯和模具之间的精确摩擦值对于预测复杂形状的成形性非常重要。摩擦力过低会导致褶皱形成，而过高的摩擦会导致截面撕裂，从而导致仿真中的零件报废。实验室测试可再现热成型条件（表 1）并提供真实的摩擦和磨损测量，为产品开发周期中的模拟增加了巨大的价值。

表 1.铁水成型过程中的一般操作条件。

根据表1中的一般操作条件，使用不同的实验室仪器来评估热成型摩擦学。这些可以分为传统的摩擦试验机（销盘和线性往复）和高级摩擦试验机（平滑块试验机或条形试验机flat on slider or strip draw）。传统的摩擦试验机无法捕获热冲压操作中的两个关键因素
a）材料转移和附着力导致的磨损（见图2）
b）模拟模具和工件之间的温差

图 2.根据接触条件，材料/磨屑转移的图示，影响传统摩擦试验机（A，B）和高级摩擦试验机（C）的摩擦系数。

如图3所示，在旋转摩擦试验机或线性往复试验机中测试的特定材料的摩擦曲线显示，摩擦力随着温度的升高而降低。这是由于在工件和工具重复接触过程中，润滑氧化物层的结构排列造成的。然而，由于先进的试验机中的新鲜工件和工具，摩擦随着温度的升高而增加。温度的进一步升高会导致由于附着力和磨损而导致显著的材料转移，这在高级摩擦计中表现为摩擦的跳跃。这使得带钢测试（也称为拉伸测试，滑块测试）成为领先的汽车和汽车用钢制造商以及提供热冲压工艺模拟平台的公司使用的"事实标准"。

图 3.使用传统和先进的试验机获得的特征摩擦曲线。

Ducom 金属成形试验机(MFT 1.0)利用带钢配置，提供先进的自动化系统，用于热成形过程中的高温摩擦和磨损测量（图 4A）。带材形式的工件经过预张紧 （FP），使用电阻加热可加热至 1000℃。使用自动加载，从两侧将块状模具组件压在带材上。模具工具支撑在移动组件上，该组件在恒定载荷下在热轧带钢工件上滑动。通过考虑预紧力和滑动力（FS）之间的差异，实时测量摩擦力（FF）。在线位移传感器可用于评估磨损（图 4）。

图 4.Ducom金属成形试验机：（A）真实图像和（B）原理图。

客户反馈

为冲压行业提供高价值的实验数据

"Ducom金属成形试验机是一套独特的设备，能够模拟接近热冲压操作的条件。Luleå 理工大学与领先的热成型行业合作，用于此应用的Ducom试验机是科学研究和开发工业技术解决方案的知识和基础设施平台的重要组成部分。

Prof. Jens Hardell
Department of Engineering Sciences and Mathematics

Luleå University of Technology

杜康 MFT 1.0 的独特功能包括：

o 一次测试中即可测量摩擦、声发射、线性磨损、接触电阻。

o 完全自动化的测试仪器，包括样品安装。

o 自动拾取和放置多达 50 个条带可提供高通量测试。

o 电阻加热消除了对单独加热炉的要求

o 负载高达 5 kN，速度高达 250 mm/s。

o 带强制空气的主动带钢冷却。

o 该仪器被领先的研究小组使用，即瑞典Luleå理工大学，提供高科学价值。