冷軋汽車板摩擦系數(shù)的檢測(cè)及影響因素分析

冷軋汽車板摩擦系數(shù)的檢測(cè)及影響因素分析

雷澤紅涂元強(qiáng)祝洪川杜蓉蔡捷

(武鋼鋼鐵(集團(tuán))公司 研究院湖北武漢：430081)

摘要利用平板拉延試驗(yàn)通過正交分析研究了正壓力、速度和潤滑狀況對(duì)摩擦系數(shù)的影響。結(jié)果表明：隨正壓力和速度的增大其摩擦系數(shù)降低，而涂油狀況對(duì)摩擦系數(shù)的影響最大，使試樣表面摩擦系數(shù)明顯降低。

關(guān)鍵詞冷軋板；摩擦系數(shù)；影響因素

中圖分類號(hào)：TG115.5+8

收稿日期：2014-10-22修回日期：2014-12-16

作者簡(jiǎn)介：雷澤紅(1973～)，女，高級(jí)工程師.E-mail:18040550591@126.com

在冷軋板料的沖壓成形工藝中，摩擦直接影響成形性和應(yīng)變的分布，關(guān)系到?jīng)_壓過程的成敗及沖壓件質(zhì)量，因此摩擦性能是板材成形有限元數(shù)值模擬的關(guān)鍵邊界條件[1]。材料的摩擦狀況與汽車板表面及模具間接觸壓力、加工速度、溫度，以及板料的變形程度、潤滑劑的成分及狀態(tài)等許多因素有關(guān)，本文通過對(duì)不同正壓力、不同拖曳速度和潤滑狀況的鋼板進(jìn)行摩擦因數(shù)測(cè)量，了解各因素對(duì)摩擦系數(shù)的影響程度，為今后進(jìn)一步研究摩擦邊界條件及板材的成形性奠定基礎(chǔ)。

1摩擦系數(shù)的測(cè)量方式

沖壓成形過程中工件表面與模具間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，不同于物理學(xué)中的干摩擦，也不同于機(jī)械傳動(dòng)中的流體摩擦，這種摩擦狀態(tài)與板料和模具的材質(zhì)、表面粗糙度、接觸應(yīng)力、變形溫度、變形程度和所用潤滑劑的成分等諸多因素有關(guān)，是一種很復(fù)雜的非均勻摩擦狀態(tài)。目前對(duì)薄板成形摩擦機(jī)理還不是很清晰，在設(shè)計(jì)和研究中我們?nèi)园磶靵瞿Σ炼蓙肀碚髂Σ亮驼龎毫χg的關(guān)系。

目前摩擦系數(shù)測(cè)量主要采用模擬試驗(yàn)，針對(duì)不同的成形工藝設(shè)計(jì)出與成形過程相近似的模擬試驗(yàn)裝置，對(duì)該成形過程的摩擦進(jìn)行測(cè)試。目前常用的冷軋鋼板摩擦系數(shù)測(cè)量方法有平板抽動(dòng)實(shí)驗(yàn)、拉彎實(shí)驗(yàn)、拉延成形摩擦實(shí)驗(yàn)等。平板滑動(dòng)試驗(yàn)是試樣在加壓的平面或弧面模具水平抽動(dòng)使板帶在模具間滑動(dòng)，從而測(cè)定摩擦力和摩擦系數(shù)[2]。因該方法實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單并能一定程度上模擬法蘭處壓邊作用的摩擦條件，本文采用平板抽動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)量。

2材料與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用SMFDF-1 板材拉延筋摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

試樣垂直軋向取長400mm，寬30mm ，酒精清洗表面油污后測(cè)量鋼板表面摩擦系數(shù)。材料選取典型的汽車用鋼，厚度規(guī)格在0.6～0.7mm左右，力學(xué)性能如表1。

3試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1正壓力對(duì)摩擦系數(shù)的影響

在拖曳速度同為6.3 mm/s條件下，測(cè)量不同壓力條件下DX54D+Z、DX56D+ZF、DC06的摩擦系數(shù)，測(cè)量結(jié)果如圖1。

表1　試驗(yàn)鋼板力學(xué)性能

由圖1可看出，隨正壓力的增大，所有試驗(yàn)材料的摩擦系數(shù)均有明顯降低；當(dāng)正壓力增大到一定時(shí)其摩擦系數(shù)有增加趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谶m當(dāng)?shù)恼龎毫ο履＞吲c試樣間能保持良好的潤滑并能抑制試樣表面粗化，使摩擦力降低即摩擦系數(shù)降低；隨正壓力的增加模具與鋼板的接觸面積增加，試樣與模具間摩擦力增大，同時(shí)由于摩擦力大于試樣表面分子的結(jié)合力使表面拉毛或鋅層脫落等現(xiàn)象[3]。

3.2速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

在正壓力為3000N條件下測(cè)量不同速度下三種材料的摩擦系數(shù)測(cè)量結(jié)果如圖2。

圖2　幾種材料在不同速度下的摩擦系數(shù)

由圖2可知，隨著拖曳速度的增加，摩擦系數(shù)逐漸降低。這是由于在較高的速度下，金屬流動(dòng)的時(shí)間較少，試樣與模具間接觸面積增加不明顯，而模具與試樣間的粘著力下降，摩擦阻力下降導(dǎo)致的摩擦系數(shù)降低。從實(shí)驗(yàn)看，拖曳速度越高，其運(yùn)行壓力和速度的波動(dòng)大，摩擦系數(shù)波動(dòng)越大。

3.3鋼板表面潤滑狀況對(duì)摩擦性能的影響

在板材沖壓成形過程中，表面潤滑狀況影響材料的流動(dòng)，改變零件的應(yīng)變分布，從而影響材料的成形極限及成形精度[4]。特別是材料性能或工藝條件接近于臨界值時(shí)，潤滑條件對(duì)零件成形的影響尤為突出。表2為試驗(yàn)的幾種材料在干摩擦和有潤滑兩種狀況下的摩擦系數(shù)。

表2　幾種材料不同潤滑狀況下的摩擦系數(shù)

從表1中可看出，無論材料狀況，有油潤滑的摩擦系數(shù)均大大降低。由于潤滑狀況對(duì)板料與模具間的摩擦性能主要取決于潤滑劑的粘度、附著量及變形速度，不同的潤滑劑對(duì)摩擦狀況的影響也不同，同時(shí)試樣的表面儲(chǔ)油能力及沖壓速度等也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

3.4正交實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)與分析

以對(duì)象DX56D+ZF為例進(jìn)行正交試驗(yàn)分析各因素對(duì)摩擦系數(shù)影響大小?，F(xiàn)把正壓力、速度、涂油狀況作為影響摩擦系數(shù)的3個(gè)因素，速度因素設(shè)3個(gè)水平，分別為3mm/s，6.3mm/s，12mm/s，涂油因素設(shè)2個(gè)水平，分別為有油和無油。正壓力三水平的1000N、3000N、5000N三個(gè)影響因素的顯著水平。

首先構(gòu)造因素水平表，由于三因素水平不等，采用擬水平的方法，把涂油狀態(tài)的第3水平即有油虛擬構(gòu)造一個(gè)三因素三水平的正交試驗(yàn)[5]。如表3所示。

表3　因素水平表

根據(jù)上述因素水平表進(jìn)行正交試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。方差分析基本思想是將數(shù)據(jù)的總變異分解成因素引起的變異和誤差引起的變異兩部分，構(gòu)造F統(tǒng)計(jì)量作F檢驗(yàn)，即可判斷因素作用是否顯著，其結(jié)果見表4、表5。

表4　DX56D+ZF的方差分析

從表中5可看出3個(gè)因素的影響都不顯著，但涂油狀況對(duì)摩擦系數(shù)的影響最大，其次是正壓力，最后是速度。

通過對(duì)不同拖曳速度和法向壓力時(shí)涂油板的摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，涂油后板面摩擦系數(shù)均低于不涂油板，但法向壓力加到一定程度，其摩擦系數(shù)相當(dāng)，這是因?yàn)榘迕媾c模具間滑動(dòng)較小，傾向與拉延狀況了。

4結(jié)論

(1)對(duì)冷軋汽車板而言，其摩擦系數(shù)隨著正壓力和速度的增大逐漸減小。 正壓力的影響要大于拖曳速度。

(2)冷軋板表面的涂油狀況對(duì)摩擦系數(shù)影響，涂油使鋼板表面摩擦系數(shù)顯著降低，但正壓力增大到一定值后無明顯影響。

參考文獻(xiàn)

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ATesting&AnalysisofEffectofFrictionalCoefficient

ofAutomotiveColdRolledSheet

LEIZehongTUYanqiangZHUHongchuanDURongCAIJie

(ResearchandDevelopmentCenterofWICSO,Wuhan430080,Hubei)

Abstract:In this paper, the effect of positive pressure, velocity and lubrication state on frictional coefficient were studied by the orthogonal analysis with tensile test. The result showed that the frictional coefficient of automotive cold rolled sheet decreases with the increase of positive pressure and velocity, and that the biggest effect is caused by lubrication state, which led to remarkable decrease of frictional coefficient of the sample surface.

Keywords:coldrolledsheet；frictionalcoefficient；effectfactor.

(責(zé)任編輯：李文英)