MFT試驗(yàn)機(jī)-精確評估金屬成形摩擦性能

汽車行業(yè)繼續(xù)開發(fā)使用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（例如22MnB5）制造更輕，更堅(jiān)固，更經(jīng)濟(jì)的汽車。熱沖壓用于制造車輛部件，方法是在封閉模具（H13鋼）之間將鋼坯料（Al-Si，Zn-Ni涂層）壓至900℃以上，以獲得最終形狀（圖1A）。據(jù)了解，沃爾沃約40%的車輛由熱沖壓鋼制成。高溫會導(dǎo)致工件和模具工具之間的過度摩擦和磨損，這些摩擦和磨損是由粘合劑、磨料和氧化磨損造成的（圖1B）。這會導(dǎo)致故障，例如，表面光潔度差，部件斷裂，以及由于過度粘附而導(dǎo)致的模具磨損。

了解工件和模具之間的高溫摩擦和磨損對于降低與熱成型操作相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)非常重要。

圖 1.金屬成型過程中的熱沖壓操作（A）以及與金屬成型相關(guān)的磨損機(jī)理（B）。

有限元方法用于虛擬成形仿真，以降低模具開發(fā)成本。根據(jù)位置（即局部壓力、溫度、潤滑劑、滑動(dòng)速度條件）確定毛坯和模具之間的精確摩擦值對于預(yù)測復(fù)雜形狀的成形性非常重要。摩擦力過低會導(dǎo)致褶皺形成，而過高的摩擦?xí)?dǎo)致截面撕裂，從而導(dǎo)致仿真中的零件報(bào)廢。實(shí)驗(yàn)室測試可再現(xiàn)熱成型條件（表 1）并提供真實(shí)的摩擦和磨損測量，為產(chǎn)品開發(fā)周期中的模擬增加了巨大的價(jià)值。

表 1.鐵水成型過程中的一般操作條件。

根據(jù)表1中的一般操作條件，使用不同的實(shí)驗(yàn)室儀器來評估熱成型摩擦學(xué)。這些可以分為傳統(tǒng)的摩擦試驗(yàn)機(jī)（銷盤和線性往復(fù)）和高級摩擦試驗(yàn)機(jī)（平滑塊試驗(yàn)機(jī)或條形試驗(yàn)機(jī)flat on slider or strip draw）。傳統(tǒng)的摩擦試驗(yàn)機(jī)無法捕獲熱沖壓操作中的兩個(gè)關(guān)鍵因素
a）材料轉(zhuǎn)移和附著力導(dǎo)致的磨損（見圖2）
b）模擬模具和工件之間的溫差

圖 2.根據(jù)接觸條件，材料/磨屑轉(zhuǎn)移的圖示，影響傳統(tǒng)摩擦試驗(yàn)機(jī)（A，B）和高級摩擦試驗(yàn)機(jī)（C）的摩擦系數(shù)。

如圖3所示，在旋轉(zhuǎn)摩擦試驗(yàn)機(jī)或線性往復(fù)試驗(yàn)機(jī)中測試的特定材料的摩擦曲線顯示，摩擦力隨著溫度的升高而降低。這是由于在工件和工具重復(fù)接觸過程中，潤滑氧化物層的結(jié)構(gòu)排列造成的。然而，由于先進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)中的新鮮工件和工具，摩擦隨著溫度的升高而增加。溫度的進(jìn)一步升高會導(dǎo)致由于附著力和磨損而導(dǎo)致顯著的材料轉(zhuǎn)移，這在高級摩擦計(jì)中表現(xiàn)為摩擦的跳躍。這使得帶鋼測試（也稱為拉伸測試，滑塊測試）成為領(lǐng)先的汽車和汽車用鋼制造商以及提供熱沖壓工藝模擬平臺的公司使用的"事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)"。

圖 3.使用傳統(tǒng)和先進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)獲得的特征摩擦曲線。

Ducom 金屬成形試驗(yàn)機(jī)(MFT 1.0)利用帶鋼配置，提供先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，用于熱成形過程中的高溫摩擦和磨損測量（圖 4A）。帶材形式的工件經(jīng)過預(yù)張緊 （FP），使用電阻加熱可加熱至 1000℃。使用自動(dòng)加載，從兩側(cè)將塊狀模具組件壓在帶材上。模具工具支撐在移動(dòng)組件上，該組件在恒定載荷下在熱軋帶鋼工件上滑動(dòng)。通過考慮預(yù)緊力和滑動(dòng)力（FS）之間的差異，實(shí)時(shí)測量摩擦力（FF）。在線位移傳感器可用于評估磨損（圖 4）。

圖 4.Ducom金屬成形試驗(yàn)機(jī)：（A）真實(shí)圖像和（B）原理圖。

客戶反饋

為沖壓行業(yè)提供高價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

"Ducom金屬成形試驗(yàn)機(jī)是一套獨(dú)特的設(shè)備，能夠模擬接近熱沖壓操作的條件。Lule? 理工大學(xué)與領(lǐng)先的熱成型行業(yè)合作，用于此應(yīng)用的Ducom試驗(yàn)機(jī)是科學(xué)研究和開發(fā)工業(yè)技術(shù)解決方案的知識和基礎(chǔ)設(shè)施平臺的重要組成部分。

Prof. Jens Hardell
Department of Engineering Sciences and Mathematics

Lule? University of Technology

杜康 MFT 1.0 的獨(dú)特功能包括：

o 一次測試中即可測量摩擦、聲發(fā)射、線性磨損、接觸電阻。

o 完全自動(dòng)化的測試儀器，包括樣品安裝。

o 自動(dòng)拾取和放置多達(dá) 50 個(gè)條帶可提供高通量測試。

o 電阻加熱消除了對單獨(dú)加熱爐的要求

o 負(fù)載高達(dá) 5 kN，速度高達(dá) 250 mm/s。

o 帶強(qiáng)制空氣的主動(dòng)帶鋼冷卻。

o 該儀器被領(lǐng)先的研究小組使用，即瑞典Lule?理工大學(xué)，提供高科學(xué)價(jià)值。