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【簡介】
評價同時受基體強度和鍍層硬度影響的鋼板表面的摩擦性能，采用DBS和杯成型試驗對表面摩擦因數(shù)進行測定。其中DBS試驗結(jié)果表明，在0.42mm/s成型速度下，鍍鋅層表面摩擦因數(shù)大于裸板，而在85mm/s速度下則相反，沖杯試驗測得的摩擦因數(shù)結(jié)果與DBS試驗相同，但沖杯試驗測得的摩擦因數(shù)值大于DBS試驗。
關(guān)鍵詞：摩擦 DBS 沖杯試驗 電鍍鋅 鋼板成型
1 前言
當(dāng)材料用于成型部件時，材料的摩擦特性就顯得非常重要。所謂摩擦，就是指兩個相互接觸的物體在相對運動時的阻力。Bowden和Tabor曾對各種不同表面和材料的摩擦進行深入研究，描述了摩擦的影響因素以及材料的性能是如何改變摩擦的。同時，也描述了幾種摩擦的測定方法。
有幾位作者曾對幾種不同的摩擦測定方法進行評價。其中包括對各種摩擦測定儀的討論，比如壓筋拉伸模擬試驗儀(DBS)和沖杯測試儀。壓筋拉伸一般用于大型平板在拉伸/深沖的成型過程中，對金屬板材在模具槽中的流動控制。因此，DBS試驗在用于測量摩擦的同時還預(yù)測材料在成型過程中是如何流動的。
S.J.Shafer對電鍍鋅鋼板摩擦的微觀機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)柱狀細(xì)晶基體試樣表現(xiàn)出較高的摩擦因數(shù)，而棱錐晶體狀試樣具有較低的摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)的測定采用DBS和單邊平板深沖試驗。從其結(jié)果可以推斷，所采用的速度可能較低。
本研究中，摩擦試驗采用的兩種方法是DBS和沖杯試驗。在DBS試驗中，摩擦因數(shù)通過測量固定的和自由滾動的沖珠沖壓力來獲得。假定沖壓過程中的壓力恒定，摩擦因數(shù)由以下方程計算：
Nine還關(guān)注不同試驗階段的應(yīng)變量。他發(fā)現(xiàn)采用半徑為5.5mm沖珠，可使被測試樣產(chǎn)生10%應(yīng)變量。帶有平底沖頭和壓模套的沖杯主要的外形參數(shù)如圖1所示。
為簡明起見，圖中省略了上部壓模環(huán)。成型載荷P由4部分組成：1)壓下時由于滑動而產(chǎn)生的摩擦;2)在模具圓角處滑動所產(chǎn)生的摩擦;3)鋼板的沖壓;4)鋼板在模具圓角處的彎曲和回彈。方程2考慮了上述4種因素。
摩擦因數(shù)用DBS試驗和沖杯試驗兩種方法來測定。DBS試驗采用MTS 810設(shè)備來測定，沖杯試驗采用Tinius Olsen裝置以及MTS高速雙動作液壓壓力機測定。
在DBS試驗中，材料測定采用標(biāo)準(zhǔn)的ASTM規(guī)程。鋼板被剪成50.8mmx457.2mm試樣后，每個條件重復(fù)試驗3次。沖珠材料采用半徑為4.75rain的D2模具鋼。用Quaker 61A—US軋制油作為潤滑劑。在0.42mm/s和85mm/s速度下，透過率均為100% ，采用固定和自由的兩種輥子。所有試樣上表面或鍍層表面都朝向沖頭外表面。
2 試驗
本研究中，使用兩種不同的冷軋基體材料，分別約為180MPa屈服強度的低強度鋼和250MPa屈服強度的高強度鋼。這些鋼板性能在恒定的公稱厚度0.762mm 下有一個范圍。表1為這些鋼板的化學(xué)成分。試驗原材料作上標(biāo)記，作為每塊鋼板上表面。為了統(tǒng)一，盡可能將所有測試都在標(biāo)記的上表面進行。材料在實驗室進行1.5% 調(diào)質(zhì)，不作硬化處理，在 技術(shù)中心的立式旋轉(zhuǎn)陰極裝置上電鍍。電鍍包括將試片卷成圓筒形，而后拉平的過程。用努普顯微壓痕硬度計測量裸板近表面的硬度，以及軟質(zhì)和硬質(zhì)電鍍鋅層的表面硬度。測量裸板表面硬度時的載荷為100g，測量鍍層表面硬度時的載荷為5g。鍍層厚度采用X射線熒光法測定。用x射線衍射反極圖法來測定硬質(zhì)和軟質(zhì)鍍層不同鋅的晶面取向中平行于表面的百分?jǐn)?shù)。裸板和鍍層板的表面粗糙度由WYKO光學(xué)表面輪廓儀來測定。
在沖杯試驗中，裸板采用4.45，8.34，12.2，16.1和20.0kN 5種壓下載荷，鍍層板采用4.45，6.67，8.90，11.1和13.3kN 5種壓下載荷。對于每種材料，每級壓下載荷下至少成型5只杯子。圓盤清潔干凈后，在Quaker 61A—US軋制油中通過浸入和提出步驟實現(xiàn)潤滑。沖頭速度為0.42mm//s和85mm/s。在每一條件下，以數(shù)字方式記錄最大沖壓力。對每種材料的最大沖壓力/壓下載荷進行線性回歸，以確定最佳斜率。斜率誤差用丁字尺確定。
