应用介绍

金属成型摩擦试验机

Ducom金属成形摩擦计是一种独特的设备，能够产生接近烫印操作的条件。卢莱理工大学与领先的热成型行业合作，Ducom摩擦学仪在该应用中的可用性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“-Jens Hardell教授，瑞典卢利亚大学：

 Ducom金属成型摩擦试验机（自动化系统）

汽车工业继续发展更轻、更强、成本效益更高的汽车，采用先进的高强度钢（例如22MnB5）制造。热冲压用于通过在封闭模具（H13钢）之间将钢坯料（Al-Si、Zn-Ni涂层）压至900℃以上来制造车辆部件，以获得最终形状（图1A）。众所周知，沃尔沃大约有40%的车辆重量是由热冲压钢制成的。高温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、磨料和氧化磨损驱动的（图1B）。这会导致失效，例如表面光洁度差、部件断裂以及由于过度附着力导致的模具磨损。

 图1。金属成形过程中的热冲压操作（A）和与金属成形相关的磨损机理（B）。

“了解工件和模具工具之间的高温摩擦和磨损对于降低与热成形操作相关的风险非常重要。”

为了降低模具开发成本，采用有限元方法进行虚拟成形模拟。根据位置（即，局部压力、温度、润滑剂、滑动速度条件）确定坯料和模具之间的准确摩擦值对于预测复杂形状的成形性非常重要。在模拟中，摩擦力太小会导致起皱，而摩擦力太大会导致截面撕裂，从而导致零件报废。再现热成形条件（表1）并提供真实摩擦和磨损测量的实验室试验为产品开发周期中的模拟增加了巨大价值。

表1。铁水成形的一般操作条件。

根据表1中强调的一般操作条件，使用不同的实验室仪器来评估热成形摩擦学。这些可以分为传统的摩擦计（销盘式和直线往复）和先进的摩擦计（平板式或带式）。

 图2。表示材料转移的图示取决于接触条件，影响由传统摩擦计（A，B）和高级摩擦计（C）确定的摩擦系数。

传统的摩擦计不能捕捉到热冲压操作中的两个关键因素，即导致磨损的材料转移和粘附（见图2）以及模拟模具和工件之间的温差。

如图3所示，在旋转摩擦计或线性往复式摩擦计中测试的特定材料的摩擦曲线表明，摩擦随着温度的升高而减小。这是由于工件与刀具在重复接触过程中，氧化层的结构安排造成的。然而，在先进的摩擦磨损试验机中，由于工件和刀具的新鲜，摩擦系数随温度的升高而增大。随着温度的进一步升高，由于粘着和磨损，材料发生了显著的转移，这在先进的摩擦计中表现为摩擦的跳跃。这使得带材试验（又名拉伸试验、滑动平板试验）成为领先的汽车和汽车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。用传统的和先进的摩擦磨损试验机获得的摩擦特性曲线。

Ducom金属成形摩擦学仪（MFT 1.0）利用带材配置，为热成形过程中的高温摩擦和磨损测量提供了先进的自动化系统（图4）。

图4。金属成形摩擦磨损试验机（MFT 1.0）测力示意图。

带材形式的工件是预紧的（FP），可以加热到1000度°C使用电阻加热。采用自动加载方式，从两侧将块形式的模具组件压在带材上。模具支撑在移动组件上，移动组件在恒定负载下在热轧工件上滑动。通过考虑预拉力和滑动力之间的差异，实时测量摩擦力（FF）。在线位移传感器允许评估磨损（图4）。利用金属成形摩擦学中塑性变形和摩擦力的实时变化，设计了金属成形用模具和润滑剂。

虽然金属成形摩擦磨损试验机比销盘摩擦磨损试验机有许多优点，但POD综合摩擦销盘试验机的多功能特性对学术研究具有重要意义。Ducom PoD 4.0继续是几个摩擦学实验室的工作马。