实验二 圆环镦粗法测摩擦系数

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1、实验二圆环镦粗法测摩擦系数一、实验目的掌握和利用园环镦粗法测定金属材料塑性变形时的摩擦系数。二、基本原理园环镦粗时，若工具与园环接触面间的摩擦状态不同，镦粗后园环的变形情况也就不同。当摩擦系数小于某一临界值时，变形后园环内、外径都将增大；当摩擦系数大于该项临界值时，变形过程中，园环内存在一中性层，中性层以内的金属向内流动，使内径缩小；中性层以外的金属向外流动，使外径增大。变形情况如图1所示。图1园环镦粗变形示意图由能量法可求得中性层半径Rn，摩擦因数m（µ）与园环尺寸的理论关系：1）当Rn

2、由下式确定：（4）（推导过程见汪大年主编《金属塑性成形原理》§7-3）由以上公式可知，摩擦因数m与园环尺寸和中性层半径有关，若已知镦粗园环尺寸和中性层半径就可以求出m值，但实际上存在有两个主要问题：（1）园环镦粗是连续变化的大变形过程，其中性层半径也是连续变化的，公式描述的是在均匀变形的前提下某瞬间的圆环尺寸，中性层半径与摩擦因数之间的关系，在大变形下直接使用是不正确的；（2）中性层半径实际上无法直接测量，因此，用以下方法来测定摩擦因数m：1、根据摩擦因数可能的分布范围，预先确定一系列m的具体数值。2、把园环镦粗的大变形过程化为有限元个等小变形过程。并假定每一等小变形是在预先确定的m值作用下

3、，接触面摩擦剪应力符合摩擦力不变条件（所进行的均匀变形，此时认为中性层半径不变并可用以上公式求出具体数值。3、利用体积不变条件，可找出每一等小变形后其中性层半径与园环变形的几何尺寸间的关系，从而计算出变形后的园环尺寸，并以以此作下一个等小变形过程园环的原始尺寸。4、经过若干次循环计算，可绘制出一族摩擦因数作用下。园环压下量和内径变化量间的理论关系曲线，如图2。5、根据园环试样实际镦粗变形后的尺寸（内径和高度），直接由理论曲线中找出相应的摩擦因数m，通过换算，便得到一试样变形时的摩擦系数。三、实验设备，工具及试样设备：60吨万能材料试验机或100吨油压机。工具：平砧模一付，垫块若干，卡尺。试样

4、：本试验材料选用工业纯铝，试样尺寸分别为：和四、实验步骤1、取大小园环试样各1个。测量其原始尺寸，填入实验数据记录表中，并注明摩擦条件。2、按试样实际尺寸绘制共理论曲线。由于理论曲线绘制工作量很大。需用计算机来完成。因此本次实验已准备好通用的计算机程序以便作现场示范和指导。绘制曲线的工作由计算机完成，具体绘制过程可参考后面的参考资料。3、用丙酮或酒精擦净试样和平砧表面。把试样放置平砧中心（两种试样，一种涂二硫化钼或石墨润滑，一种润滑）。开机压缩试样，压缩量由垫块高度控制，每种试样压缩三次，到总的压缩为原始高度的50%左右为止。4、每次压缩后卸载测量园环变形后的内径和高度。在内径上取三个测点，

5、测量三个数据并记入表1中。5、依据镦粗后园环内径和高度的平均值，在理论曲线中描出相应的点，从而确定出摩擦因数m和摩擦系数五、实验数据记录和整理六、实验报告1、确定摩擦系数并分析所得结果和影响测量精度的因素。2、编写绘制园环镦粗的理论校准曲线程序。表1实验记录表序号试样原始尺寸D×d×H（毫米）实润滑条件镦粗平均高度（毫米）镦粗后内径（毫米）摩擦因数m摩擦系数 测点平均123七、绘制理论曲线的计算机程序参考资料一）计算公式根据塑性理论的求解分析，园环压缩时其中性层（即分流层）半径的计算公式如下：当中性层半径时，为监界摩擦状态，其摩擦因数mo称为临界摩擦因数，按下式计算m0：M0=（1）当m

6、0时，按下式计算：（2）式中：（3）当m

7、用园环的原始尺寸R0，R1，H按式（1）计算m0；4）比较m和m0：当m>m0时，按式（4）计算Rn；当mR1(或r1)时尽管此时是mR1)，应改由式（4）计算Rn；5）给以等小变形，即园环每次压缩△h（如可取△h=0.1，0.2或0.5等），按式（5），（6）和（7）求出第一次压缩后的园环尺寸R0，R1和h；6）以r0，r1和h1作为园环的原始尺寸，