实验10 “圆环镦粗法”测定塑性变形摩擦系数.doc

实验十 “圆环镦粗法”测定塑性变形摩擦系数1、实验目的1. 学习掌握用圆环镦粗法测定塑性变形摩擦系数的方法2. 了解摩擦系数对变形抗力的影响2、实验条件1. 实验设备：60T 万能材料试验机；2. 工具：平砧二副，其粗糙度分别为 Ra 12.5 和 Ra 0.8；百分表，游标卡尺3. 材料：铝合金圆环试件 3 个，硬脂酸锌少量3、实验原理在平砧间镦粗圆环试件，金属径向流动情况主要取决于试件与工具接触表面的摩擦条件，塑性变形的摩擦条件可以用摩擦系数 μ 和摩擦因数 m 表示，其二者的关系为： m31毛坯接触表面的摩擦力（即剪应力）τ 在达到最大剪应力之前，按库仑定律确定 ；在达到最大剪应力 τmax 后， τ 按最大剪应力不变条件m31确定，即： 31maxk式中，τ k——材料的剪切屈服应力当整个接触表面摩擦应力完全达到 τk 时，则工具与试件接触表面没有相对滑动，此时相当于塑性变形摩擦系数 μ 或摩擦因数 m 的最大值，即μ=0.577，m=1圆环镦粗时，金属的径向流动状态因摩擦条件而异当 m 值很小时，金属径向流动全部向外，表现为圆环试件内、外径都增加；当 m 值很大时，外层金属向外，内层金属向内流动，表现为圆环试件外径增大、内径减小，此时应存在一个以为 ρ 半径的分流层。

当分流层 ρ 等于圆环内径 R1 时，其所对应的摩擦因数称为临界摩擦因数，记为 m 分 由能量法和主应力法可求出 ρ，m，R 0，R 1，H 的基本一致的理论关系式，现将按能量法到处的理论关系式简述如下：1. 当 ρ≤R1 时12140240120 )])([3xRxR式中： 01010 )](ep[HmxR0——圆环初始外半径；R1——圆环初始内半径；H ——圆环初始高度式 1 仅在 m 值满足于下式时成立：2410210010 )(3)(ln)(2RRH按式 2 中的等式关系计算出的 m 即为 m 分 2. 当 R1m 分 时成立在圆环镦粗的整个过程中，分流层半径 ρ 是不断变化的，亦无法直接测量，为此采用微小压下量 Δh，在这微量压缩过程中，可视为 ρ 不变，根据体积不变条件，可求得 ρ 与圆环瞬时尺寸的关系：42121)(hHRr5212100)(rr式中，r 1——圆环镦粗时的瞬时内半径；r0——圆环镦粗时的瞬时外半径；H——圆环微量压缩后的高度若预先给定一组 m 值（0/0.05/0.1/0.2/0.3/0.4/0.5/0.8/1.0 ） ，采用 0.5mm 的等小压下量 Δh，当 mm 分 时，按式 3 求 ρ，再用式4,5 求出该次压下后的内半径 r1 和外半径 r0。

然后，再以 r1，r 0 和 H 作为原始尺寸，进行第二次小压下量的尺寸计算，如此重复计算若干次，就可以建立不同m 值与镦粗后试件尺寸关系的理论校准曲线该图是圆环镦粗测定塑性变形摩擦系数的基础用圆环镦粗测定塑性变形摩擦系数，只需要测定变形后的高度和内径尺寸，就可根据理论校准曲线，确定该摩擦条件下的摩擦系数4、实验步骤及方法1. 摩擦条件设置：1）1 号试件在 Ra 12.5 的平砧间无润滑镦粗2）2 号试件在 Ra 0.8 的平砧间无润滑镦粗3）3 号试件在 Ra 0.8 的平砧间用硬脂酸锌粉润滑镦粗2. 将以上三个试件在上述条件下，分别以三次压下，每次压下量约 1mm记录每次变形力，测出每次压后的内外径和高度填入表 13. 按试件变形后的尺寸（平均值） 根据理论校准曲线确定其摩擦系数 μ5、实验报告要求1. 要求预习实验指示书和教材的相关内容2. 给定摩擦系数 m（0.05/0.1/0.2/0.3/0.4/0.5/0.6 ……） ，应用公式，每人计算一个 m 值的一组等小压下高度（Δh=0.5mm）时的时间瞬时尺寸（ρ，r 1，r 0）填入表 2，并作出一条理论校准曲线，然后与指示书上理论校准曲线图相对照。

3. 整理记录，计算数据，并将它们和测得的摩擦系数 μ 填入表 14. 作每个试件的 F-Єh 曲线，注明 μ 值分析不同 μ 值对 F-Єh 曲线的影响规律附表 1：变形后高度 变形后外径 变形后内径试件号原始尺寸D0×d0×H0摩擦条件变形次数变形力F/吨 h1 h2……hn h 均 D1 D2……Dn D 均 d1d2……dn d 均单位压力F/N mm2变形程度Єh摩擦系数μ121 粗糙模板3122 光滑模板3123光滑模板+润滑剂3附表 2：m=H R1 R0 ρ h r1 r27 5 10 6.56.5 66 5.55.5 55 4.54.5 44 3.5。