CN103163065B - 冷挤压润滑效果检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种润滑油制造技术领域的冷挤压润滑效果检测装置及方法，包括：带有传感机构的上模部分与之正对设置的带有退料机构的下模部分，上模部分包括：上模套以及位于其内的凸模，凸模的顶部与传感机构相接触；下模部分包括：下模套以及位于其内的承载机构和带有型腔的凹模；凹模位于承载机构上且正对凸模，退料机构依次贯穿下模套、承载机构和凹模并与位于凸模和凹模之间的工件相接触。本发明采用与冷挤压生产实际更为接近的正反复合挤压过程模拟，由压力机提供动力使得上模在导柱导套组件的导向下平稳向下运动，利用带锥度的凸模与无过渡区的凹模，提高凸模受力对摩擦润滑的敏感性，迫使被测金属工件在下模中发生正反复合挤压变形，同时通过压力传感器与数据采集卡将上模的受力数据传输到计算机中，用于润滑效果的直接评估；整个检测评估过程简单，操作稳定性强。

Description

冷挤压润滑效果检测装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种润滑剂制造技术领域的检测装置及方法，具体是一种冷挤压润滑效果检测装置及方法。

背景技术

良好的润滑状态，是保证金属冷挤压成形工艺的顺利实施与冷挤压零件表面质量良好的重要工艺条件，同时有利于提高冷挤压模具的使用寿命。由于具有良好的润滑性能，磷皂化工艺一直在冷挤压过程中广泛使用，但是该工艺也因对环境的污染而受到限制。目前，工业界正在尝试用其他润滑工艺方法和润滑剂来替代磷皂化工艺，这就需要合适的关于润滑性能评估方面的仪器、装置和方法。

关于润滑性能的评价，常采用标准的摩擦磨损试验机，如销盘式或四球摩擦磨损试验机等，通过测量获得的摩擦系数等指标进行评价。但是，此类摩擦磨损试验机成本较大，设备较为笨重。虽然现有不少简化结构的润滑油综合性能评价试验装置，通过观测油温及磨痕的大小直接得出两油品的相对级差，评价结果比较直观。但此类以摩擦副之间相对滑动或滚动的方式进行的摩擦磨损试验，不太适用于冷挤压润滑效果的评估，因为冷挤压过程总是伴随着大量新生表面的形成和塑性变形的发生。

圆环镦粗测试法是一种60年代提出来的一种塑性成形时摩擦系数的方法，可以用来评价塑性成形润滑的效果，但是该方法需要进行一系列的圆环镦粗测试并结合标定曲线来确定不同润滑条件下的摩擦系数。然而，圆环镦粗法在某些情况下不能识别润滑效果。

日本岐阜大学***教授在论文“冷锻用线材表面润滑膜润滑性能的新评价方法”（塑性工程学报，2002，9(4):56-59），在有限元模拟计算的基础上，设计了一种伴随有坯料中部镦粗变形的挤压式摩擦试验装置，并提出了一个参数λ作为评价润滑性能的指标，参数λ与某个行程的挤压力、线材的抗拉强度及其初始截面积有关。但该文献中公开的测试坯料的高径比50.0mm/11.80mm=4.24，若坯料直径为50.0mm，坯料的高度将达到212.0mm，需要较多的测试材料，因此该装置比较适用于冷锻线材。此外，该装置还需要配置圆筒加热器，导致整个装置结构比较复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种冷挤压润滑效果检测装置及方法，采用与冷挤压生产实际更为接近的正反复合挤压过程，由压力机提供动力使得上模在导柱导套组件的导向下平稳向下运动，迫使被测金属工件在下模中发生正反复合挤压变形，利用带锥度的凸模与无过渡区的凹模，提高凸模受力对摩擦润滑的敏感性，同时通过压力传感器与数据采集卡将上模的受力数据传输到计算机中，用于润滑效果的直接评估；整个检测评估过程简单，操作稳定性强。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种冷挤压润滑效果检测装置，包括：带有传感机构的上模部分与之正对设置的带有退料机构的下模部分，其中：

上模部分包括：上模套以及位于其内的凸模，凸模的顶部与传感机构相接触，并通过上模锁紧圈与上模套固定连接，上模锁紧圈与上模套采用螺纹连接方式，锁紧方便；

下模部分包括：下模套以及位于其内的承载机构和带有型腔的凹模；

凹模位于承载机构上且正对凸模，退料机构依次贯穿下模套、承载机构和凹模并与位于凸模和凹模之间的工件相接触；

所述的凸模上设有锥角α的锥形台，锥形台外径d1与锥形台底座高度h满足： $\frac{{d1}^2}{{(D1-0.5)}^2}=70\%~75\%;$ 其中：D1为凸模外径。

所述的锥形台底座高度h优选为4.0mm，锥角α优选为40o，该特殊结构的凸模利用锥形台，进行大变形程度的反挤压，锥形凸模能够实现较大的面积扩张比，形成较多的新生表面，有利于评估润滑剂与新生表面的作用效果。

所述的凹模上设有与锥形台相对应的台阶，其中：凹模外径D2和台阶内径d2满足：通过该具有无过渡区的凹模，实现小变形程度的正挤压，小变形程度的正挤压与大变形程度的反挤压相结合，可以有效降低塑性变形抗力对凸模受力的贡献；带锥度的凸模与无过渡区的凹模，可以有效增大摩擦阻力对凸模受力的贡献。从而提高凸模受力对摩擦润滑的敏感性。

所述的凸模的一部分与凹模采用间隙配合，进一步进行导向，有利于提高凸模受力的测试精度。该间隙配合的导向长度L优选为5.0mm-15.0mm。

所述的承载机构包括：压力块和下模锁紧圈，其中：压力块位于凹模下方并通过下模锁紧圈与下模套固定连接，下模锁紧圈与下模套采用螺纹连接方式，调节方便；

所述的传感机构包括：与凸模相接触的压力传感器以及与压力传感器的输出端相连的数据采集卡；数据采集卡记录测试过程中力与时间的历史曲线，利用遍历算法将历史曲线中的力的峰值提取出来。

所述的压力传感器的上下顶面分别设有缺口垫板和承压垫板，其中：承压垫板为硬质合金制成且置于上模套与压力传感器之间，该垫板在中心受力时不易发生弯曲变形，可以保证上模压力的有效传递，另一方面可以保护压力传感器；缺口垫板为带有缺口的环形垫板，便于压力传感器的数据线引出，与数据采集卡相连。

本发明涉及一种基于上述装置的测试方法，通过采用高径比为1:1的圆柱形工件经润滑处理后以压下量控制在工件高度60%~75%，进行处理并采集过程中所得到的压力数据，实现润滑测试；该方法具体包括以下步骤：

第一步、工件准备：事先准备好经过不同润滑方案润滑处理的高径比为1:1的圆柱形工件，作为待评估工件。

第二步、评价装置安装调试：将评价装置安装到压力机上，调试装置使整个装置在压力机上上下运动顺畅。

第三步、执行评估测试：将待评估的第1个工件放入凹模，开动压力机，上模在导柱导套组件的导向下平稳向下运动，上模压下量控制在工件高度60%~75%后，开始回程，并由顶杆向上推动退料器顶出工件，顶杆复位，完成一个工作循环，在此过程中通过压力传感器与数据采集卡将上模的受力数据传输给计算机；再放入第2个待评估工件，再完成一个工作循环并采集数据；以此类推，完成所有评估测试。

通过对采集到的不同润滑状态的工件所得上模受力数据进行对比分析，得到受力峰值最小对应的待测润滑油的润滑效果最好。

技术效果

与现有技术相比，本发明对凸模受力对润滑条件敏感，评价指标方便获取；与传统的圆环镦粗法相比，测试过程简单，操作稳定性强；评估试验模拟了正反复合挤压过程，与冷挤压生产实际更为接近，通过该评估装置与方法评价出的润滑方案，实际应用的可行性较大。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为上模结构示意图。

图3为上模与下模的导向结构示意图。

图4为下模结构示意图。

图5为缺口垫板结构示意图。

图6为缺口垫板结构的剖面图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的测试装置包括：带有传感机构1的上模部分2与之正对设置的带有退料机构3的下模部分4，其中：

上模部分2包括：上模套5以及位于其内的凸模6，凸模6的顶部与传感机构1相接触；

下模部分4包括：下模套7以及位于其内的承载机构8和带有型腔的凹模9；

凹模9位于承载机构8上且正对凸模6，退料机构3依次贯穿下模套7、承载机构8和凹模9并与位于凸模6和凹模9之间的工件10相接触。

所述的正对设置通过互相活动连接且两端分别与上、下模固定相连的导柱导套组件11实现。

所述的导柱导套组件11包括：四个与上模套5固定连接的滚珠导套12以及四个与下模套7固定连接的滚珠导柱13，其中：导套和导柱之间均为间隙配合。

所述的承载机构8包括：压力块14和下模锁紧圈15，其中：压力块14位于凹模9下方并通过下模锁紧圈15与下模套7固定连接。

所述的凸模6为台阶式结构，该台阶的大径D1、小径d1满足：该台阶的高度h为4.0mm，锥角α为40°。

所述的凸模6通过部分进入凹模9实现导向，部分进入的长度L为：10.0mm。

所述的凹模9为双层组合结构，该凹模9的大径D2和小径d2满足：

所述的传感机构1包括：与凸模6相接触的压力传感器16以及与压力传感器16的输出端相连的数据采集卡，其中：压力传感器16的灵敏度高于2mV/V；数据采集卡将压力数据采集到计算机中，用于后续润滑效果的评估比较。

所述的压力传感器16的上下顶面分别设有缺口垫板17和承压垫板18，其中：承压垫板18为硬质合金制成且置于上模套5与压力传感器16之间，该垫板在中心受力时不易发生弯曲变形，可以保证上模压力的有效传递，另一方面可以保护压力传感器16；缺口垫板17为带有缺口的环形垫板，便于压力传感器16的数据线引出，与数据采集卡相连。

所述的退料机构3包括依次连接的顶杆19和退料器20，其中：退料器20位于凹模9内且顶部与工件10相接触，顶杆19活动设置于下模套7内并贯穿承载机构8。

本装置通过以下方式进行测试：

评估测试中，将事先准备好的待评估工件10放入凹模9的型腔中，凸模6向下运动到行程达到工件高度60%~75%后，凸模6开始回程向上运动，同时顶杆19推动退料器20向上运动，将工件从下模型腔中顶出，然后顶杆19向下复位，退料器20也随之复位，完成一个工作循环。

第一步、工件准备：事先准备好经过不同润滑方案润滑处理的高径比为1:1的圆柱形工件，作为待评估工件。工件尺寸为：φ25.0mm*25.0mm，材料及状态：6063Al合金T4供应态，润滑处理方案：采用一种滚动涂覆装置，在不同滚动转速下完成不同时间的硬脂酸锌粉状润滑剂的涂覆，得到不同润滑方案的待评估工件。

第二步、评价装置安装调试：将评价装置安装到1000kN的液压机上，调试装置使整个装置在压力机上上下运动顺畅。

第三步、执行评估测试：将待评估的第1个工件10放入凹模，开动压力机，凸模6在导柱导套组件的导向下平稳向下运动，压下量为16.0mm，为工件高度64%，开始回程，并由顶杆19向上推动退料器20顶出工件10，顶杆复位，完成一个工作循环，在此过程中通过压力压力传感器16与数据采集卡将凸模6的受力数据传输给计算机；

再放入第2个待评估工件，再完成一个工作循环并采集数据；以此类推，所得的凸模6受力峰值如表1所示。

第四步、数据分析比较：对不同润滑状态的工件所得上模受力数据进行对比分析，受力峰值最小对应的润滑效果最好，即方案3的润滑效果最佳，同时也可以看出，润滑效果随着滚动转速的增大、涂覆时间的延长，润滑效果会得到改善。

表1评估试验数据

编号	涂覆时间	滚动转速	上模受力峰值/kN
				1	60min	30r/min	215.45
2	60min	45r/min	212.60
				3	60min	60r/min	205.06
4	40min	60r/min	210.51
				5	30min	60r/min	213.05

Claims (8)

1.一种冷挤压润滑效果检测装置，其特征在于，包括：带有传感机构的上模部分与之正对设置的带有退料机构的下模部分，其中：

上模部分包括：上模套以及位于其内的凸模，凸模的顶部与传感机构相接触；

下模部分包括：下模套以及位于其内的承载机构和带有型腔的凹模；

凹模位于承载机构上且正对凸模，退料机构依次贯穿下模套、承载机构和凹模并与位于凸模和凹模之间的工件相接触；

所述的凸模上设有锥角α的锥形台，锥形台外径d1与锥形台底座高度h满足：其中：D1为凸模外径；所述的凹模上设有与锥形台相对应的台阶，其中：凹模外径D2和台阶内径d2满足：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的正对设置通过互相活动连接且两端分别与上、下模固定相连的导柱导套组件实现；所述的导柱导套组件包括：四个与上模套固定连接的滚珠导套以及四个与下模套固定连接的滚珠导柱，其中：导套和导柱之间均为间隙配合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的承载机构包括：压力块和下模锁紧圈，其中：压力块位于凹模下方并通过下模锁紧圈与下模套固定连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的锥形台底座高度h为4.0mm，锥角α为40°。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的凸模的一部分与凹模采用间隙配合，进一步进行导向，有利于提高凸模受力的测试精度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的间隙配合的导向长度L为5.0mm-15.0mm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的传感机构包括：与凸模相接触的压力传感器以及与压力传感器的输出端相连的数据采集卡，其中：压力传感器的灵敏度高于2mV/V；数据采集卡将压力数据采集到计算机中，用于后续润滑效果的评估比较。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的压力传感器的上下顶面分别设有缺口垫板和承压垫板，其中：承压垫板为硬质合金制成且置于上模套与压力传感器之间；缺口垫板为带有缺口的环形垫板，用于压力传感器的数据线引出，与数据采集卡相连。