一种摩擦系数测定装置及设备的制作方法

本发明涉及机械工程领域，具体而言，涉及一种摩擦系数测定装置及设备。

背景技术：

由于数值模拟技术在缩短产品设计周期和节省生产成本上的突出表现，在板料成形的优化设计中得到了广泛的应用。模拟结果的准确性依赖于正确的接触模型，其中摩擦模型占据决定作用。

目前，通常采用实验测定的方式对摩擦模型进行建立。在板料成形的数值模拟中通常采用同一个摩擦模型来描述法兰区和凹模圆角区的摩擦特性，实际上，法兰区和凹模圆角区的摩擦特性有明显的差别，在板料成形的数值模拟中采用一个摩擦模型描述这两个区域的摩擦特性造成模拟结果失真。为了建立能够准确描述板料实际成形过程中各部位摩擦特性的摩擦模型，就需要一种能够提供准确模拟板料成形过程法兰区和凹模圆角区摩擦特性的装置及方法。

针对上述需求，近年来出现了不少板料成形中摩擦特性测量的装置。比较典型的摩擦测试装置及方法有以下几种：

1、借助于拉伸机与夹具的平板滑动摩擦实验，该方法可以有效的测得法兰区板料与模具之间的摩擦特性。

2、拉弯摩擦实验，该方法令板料的一端通过夹具固定，另一端与拉伸机相连，靠板料的伸长变形进行摩擦实验，且未去除板料通过圆角处的变形阻力的影响，与实际工况不符。

3、探针法摩擦测试系统，该方法通过在模具上安装探针传感器来测量摩擦系数，安装探针传感器对模具具有破坏性，成本较高，且凹模圆角处不适宜安装探针。

4、盘销式摩擦实验，该方法仅适合模拟法兰区的摩擦特性。

这些摩擦测试装置及方法仅能对板料成形中法兰区或者凹模圆角处中的一个区域进行摩擦测定，不能同时检测出法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，从而导致了摩擦系数测定装置的工作效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种摩擦系数测定装置，能够同时检测出法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定装置的工作效率。

本发明的目的在于提供一种摩擦系数测定设备，能够同时检测出法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定装置的工作效率。

本发明提供一种技术方案：

一种摩擦系数测定装置，用于测定板材成型过程中待测板材的摩擦系数，所述待测板材包括相互连接的第一板材及第二板材，所述摩擦系数测定装置包括基座及分别设置于所述基座上的牵引装置、第一测定单元及第二测定单元；

所述牵引装置用于牵引所述第一板材，以使所述第一板材相对于所述第一测定单元运动，并带动所述第二板材相对于所述第二测定单元运动；

所述第一测定单元与所述基座活动连接，用于为所述第一板材施加压力，并用于在所述第一测定单元与所述基座相对静止时，测得所述第一板材相对所述第一测定单元运动所受的第一拉力的第一拉力值；还用于在所述第一测定单元相对所述基座运动时，测得所述第一板材相对所述第一测定单元运动所受的第二拉力的第二拉力值；

所述第二测定单元用于为所述第二板材施加压力，并用于在所述第一测定单元与所述基座相对静止时，测得所述第二板材相对所述第二测定单元运动所受的第三拉力的第三拉力值；还用于在所述第一测定单元相对所述基座运动时，测得所述第二板材相对所述第二测定单元运动所受的第四拉力的第四拉力值。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一测定单元包括第一检测装置及第一模具组，所述第一检测装置与所述第一板材连接，所述第一模具组与所述第一板材抵持。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一模具组包括圆筒形模具、转动轴及轴承，所述轴承套设与所述转动轴，所述圆筒形模具套设于所述轴承，所述圆筒形模具与所述第二板材抵持，所述基座包括底板及两个支撑板，两个所述支撑板均与所述底板连接，两个所述支撑板相对设置，两个所述支撑板上均设置有通孔，所述轴承与所述通孔配合，使所述圆筒形模具可相对于所述基座转动。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一模具组还包括固定销，两个所述支撑板均设置有销孔，所述固定销与所述销孔配合，使所述圆筒形模具固定。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第二测定单元包括第二检测装置、加压装置及第二模具组，所述基座还包括第一固定部，所述第二检测装置分别与所述第一板材及所述第二板材连接，所述加压装置与所述第二模具组连接，所述第二模具组与所述第一固定部连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第二模具组包括第一模具板及第二模具板，所述第二模具板及所述第二模具板均与所述第一固定部连接，所述第二板材夹持于所述第一模具板及所述第二模具板之间，所述加压装置与所述第一模具板连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第一固定部包括第一基板及支撑部，所述第一基板上设置有凹槽，所述第一模具板设置在所述凹槽内，所述第二模具板与所述支撑部连接，所述第一基板与所述支撑部形成空腔，所述第一板材、所述第一模具板穿过所述空腔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述摩擦系数测定装置还包括夹具系统，所述夹具系统与所述基座转动连接，所述夹具系统用于固定所述第二板材，以所述第二板材作直线运动。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述牵引装置包括支架、伺服电动缸、顶板及连接器，所述顶板与所述支架的一端连接，所述伺服电动缸与所述顶板连接，所述连接器的一侧与所述伺服电动缸固定连接、与所述支架活动连接，所述连接器的另一侧与所述第一板材连接。

一种摩擦系数测定设备，包括摩擦系数测定装置，所述摩擦系数测定装置，用于测定板材成型过程中待测板材的摩擦系数，所述待测板材包括相互连接的第一板材及第二板材，所述摩擦系数测定装置包括基座及分别设置于所述基座上的牵引装置、第一测定单元及第二测定单元；

所述牵引装置用于牵引所述第一板材，以使所述第一板材相对于所述第一测定单元运动，并带动所述第二板材相对于所述第二测定单元运动；

所述第一测定单元与所述基座活动连接，用于为所述第一板材施加压力，并用于在所述第一测定单元与所述基座相对静止时，测得所述第一板材相对所述第一测定单元运动所受的第一拉力的第一拉力值；还用于在所述第一测定单元相对所述基座运动时，测得所述第一板材相对所述第一测定单元运动所受的第二拉力的第二拉力值；

所述第二测定单元用于为所述第二板材施加压力，并用于在所述第一测定单元与所述基座相对静止时，测得所述第二板材相对所述第二测定单元运动所受的第三拉力的第三拉力值；还用于在所述第一测定单元相对所述基座运动时，测得所述第二板材相对所述第二测定单元运动所受的第四拉力的第四拉力值。

本发明提供的一种摩擦系数测定装置及设备的有益效果是：本发明提供的摩擦系数测定装置用于检测待测板材的法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，在本发明中，第一测定单元与基座活动连接，为第一板材施加压力，第二测定单元用于为第二板材施加压力，在第一测定单元与基座相对静止时，测得第一板材相对第一测定单元运动所受的第一拉力的第一拉力值；测得第二板材相对第二测定单元运动所受的第三拉力的第三拉力值。在第一测定单元相对基座运动时，测得第一板材相对第一测定单元运动所受的第二拉力的第二拉力值，测得第二板材相对第二测定单元运动所受的第四拉力的第四拉力值。并根据第三拉力值或者第四拉力值计算出法兰区摩擦系数，依据第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值计算出凹模圆角区摩擦系数。在本发明中，能够同时检测出法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定装置的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的基座的结构示意图。

图3为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的第一测定单元的第一模具组的结构示意图。

图4为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的第一测定单元的第一模具组的圆筒形模具的结构示意图。

图5为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的第一测定单元的第一模具组的轴承的结构示意图。

图6为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的牵引装置的结构示意图。

图7为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的夹具系统的结构示意图。

图8为本发明实施例一提供的摩擦系数测定装置的组成框图。

图标：10-摩擦系数测定装置；100-基座；110-第一固定部；112-第一基板；1122-凹槽；114-支撑部；116-空腔；120-底板；130-支撑板；132-通孔；134-销孔；140-限位件；142-定位部；144-抵持部；200-第一测定单元；210-第一检测装置；220-第一模具组；222-圆筒形模具；2222-第一键槽；2224-第二键槽；224-转动轴；226-轴承；2262-轴承本体；2264-外圆凸起；228-固定销；300-第二测定单元；310-第二检测装置；320-加压装置；330-第二模具组；332-第一模具板；334-第二模具板；400-牵引装置；410-支架；420-伺服电动缸；430-顶板；440-连接器；500-夹具系统；510-卡持部；520-连接部；530-第二固定部；532-第一挡板；534-第二挡板；536-连接柱；538-固定扣；539-容置腔；600-显示终端；20-待测板材；21-第一板材；22-第二板材。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供了一种摩擦系数测定装置10，本实施例提供的摩擦系数测定装置10能够同时测得法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定装置10的工作效率。

摩擦系数测定装置10用于测定板材成型过程中待测板材20的摩擦系数，待测板材20包括相互连接的第一板材21及第二板材22，摩擦系数包括法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，在本实施例中，第一板材21用于检测凹模圆角区摩擦系数，第二板材22用于检测法兰区摩擦系数。

需要说明的是，在本实施例中，待测板材20包括第一板材21及第二板材22，但是不限于此，在本发明的其他实施例中，待测板材20还可以包括第三板材及第四板材，与本实施例等同的方案，能够达到本实施例的效果的，均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，第一板材21及第二板材22的宽度为长度的0.034～0.4倍。

摩擦系数测定装置10包括基座100及分别设置于基座100上的夹具系统500、牵引装置400、第一测定单元200及第二测定单元300。

牵引装置400用于牵引第一板材21，以使第一板材21相对于第一测定单元200运动，并带动第一板材21相对于第二测定单元300运动。

第一测定单元200与基座100活动连接，用于为第一板材21施加压力，并用于在第一测定单元200与基座100相对静止时，测得第一板材21相对于第一测定单元200运动所受的第一拉力的第一拉力值。第一测定单元200还用于在第一测定单元200相对于基座100运动使，测得第一板材21相对第一测定单元200运动所受的第二拉力的第二拉力值。

第二测定单元300用于为第二板材22施加压力，并用于在第一测定单元200与基座100相对静止时，测得第二板材22相对于第二测定单元300运动所受的第三拉力的第三拉力值，还用于在第一测定单元200相对于基座100运动使，测得第二板材22相对于第二测定单元300所受的第四拉力的第四拉力值。

夹具系统500与基座100转动连接，夹具系统500用于固定第二板材22，以使第二板材22作直线运动。

请参阅图2，在本实施例中，基座100包括第一固定部110、底板120、两个支撑板130及限位件140，两个支撑板130均与底板120连接，两个支撑板130相对设置，两个支撑板130上均设置有通孔132和销孔134，通孔132及销孔134均与第一测定单元200配合，第一固定部110与底板120远离两个支撑板130的一端连接，第二测定单元300均与第一固定部110连接。限位件140与底板120远离两个支撑板130的一端连接，限位件140与夹具系统500连接，以固定夹具系统500。

在本实施例中，第一固定部110包括第一基板112及支撑部114，第一基板112上设置有凹槽1122，第二测定单元300设置在凹槽1122中，第二测定单元300与支撑部114连接，第一基板112与支撑部114形成空腔116，第一板材21、第二测定单元300穿过空腔116。

限位件140包括定位部142(请参阅图1)及抵持部144，定位部142与底板120的一侧连接，抵持部144与底板120的另一侧连接，夹具系统500与定位部142连接，使夹具系统500可相对于底板120转动，夹具系统500转动至与底板120的宽度方向上平行时，抵持部144与夹具系统500抵持，使夹具系统500相对于底板120固定。

在本实施例中，第一测定单元200包括第一检测装置210及第一模具组220，第一检测装置210与第一板材21连接，第一模具组220与第一板材21抵持。

在本实施例中，第一检测装置210为拉力传感器。

请参阅图3，在本实施例中，第一模具组220包括圆筒形模具222、转动轴224、轴承226及固定销228，轴承226套设于转动轴224，圆筒形模具222套设于轴承226，圆筒形模具222与第二板材22抵持。轴承226与通孔132配合，使圆筒形模具222可相对于基座100转动。固定销228与圆筒形模具222连接，固定销228与选择性地销孔134配合，以使圆筒形模具222固定。

请参阅图4，在本实施例中，圆筒形模具222上设置有第一键槽2222及第二键槽2224，第一键槽2222与轴承226配合，第二键槽2224与固定销228配合。

请参阅图5，在本实施例中，轴承226包括轴承本体2262及外圆凸起2264，外圆凸起2264设置在轴承本体2262上，外圆凸起2264与第一键槽2222配合，以使轴承226与圆筒形模具222固定连接。

在本实施例中，牵引装置400拉动第一板材21运动时，圆筒形模具222可相对于基座100转动或者静止。

在本实施例中，牵引装置400拉动第一板材21运动，轴承226与通孔132配合，圆筒形模具222在第一板材21的作用力下转动，固定销228与第二键槽2224及销孔134配合，使圆筒形模具222相对于基座100固定。

在本实施例中，圆筒形模具222为圆柱形。第一板材21与圆筒形模具222的外表面抵持。

在本实施例中，当固定销228与销孔134配合时，圆筒形模具222相对于基座100静止，第一检测装置210检测第一板材21相对于圆筒形模具222运动时所受的第一拉力的第一拉力值。

当固定销228不与销孔134配合时，圆筒形模具222可相对于基座100转动时，第一检测装置210可检测第一板材21相对于圆筒形模具222运动时所受的第二拉力的第二拉力值。

请继续参阅图1，在本实施例中，第二测定单元300包括第二检测装置310、加压装置320及第二模具组330，第二检测装置310分别与第一板材21及第二板材22连接，第二模具组330与第二板材22连接，加压装置320与第二模具组330连接。

第二模具组330包括第一模具板332及第二模具板334，第一模具板332及第二模具板334均与第一固定部110连接，第二板材22夹持于第一模具板332及第二模具板334之间，加压装置320与第一模具板332连接。

在本实施例中，第一模具板332设置在凹槽1122中，第二模具板334与支撑部114连接，第一板材21及第一模具板332穿过空腔116。

在本实施例中，当固定销228与销孔134配合时，圆筒形模具222相对于基座100静止，第二检测装置310检测第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334运动时所受的第三拉力的第三拉力值。

当固定销228不与销孔134配合时，圆筒形模具222可相对于基座100转动时，第二检测装置310可检测第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334运动时所受的第四拉力的第四拉力值。

在本实施例中，第二检测装置310为拉力传感器。

加压装置320为电液伺服加载缸。

需要说明的是，在本实施例中，加压装置320为电液伺服加载缸，但是不限于此，在本发明的其他实施例中，加压装置320还可以为其他可以施加压力的装置，与本实施例等同的方案，能够达到本实施例的效果的，均在本发明的保护范围内。

请参阅图6，牵引装置400包括支架410、伺服电动缸420、顶板430及连接器440，顶板430与支架410的一端连接，伺服电动缸420与顶板430连接，连接器440的一侧与伺服电动缸420固定连接，并与支架410活动连接，连接器440的另一侧与第一板材21连接。

在本实施例中，连接器440远离伺服电动缸420的一侧通过第一检测装置210连接第一板材21连接。

请参阅图7，夹具系统500包括卡持部510、连接部520及第二固定部530，卡持部510及连接部520均与第二固定部530连接，连接部520与定位部142转动连接，使第二固定部530可相对于底座转动，第二固定部530转动至与底板120的宽度方向上平行时，抵持部144与卡持部510抵持，使第二固定部530相对于底板120固定。

第二固定部530包括第一挡板532、第二挡板534、连接柱536及固定扣538，连接部520及卡持部510分别与第二挡板534的两侧连接。第一挡板532及第二挡板534通过连接柱536连接，第一挡板532、第二挡板534及连接柱536之间形成容置腔539，第二板材22、第一模具板332穿过容置腔539。固定部可以使第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334运动时沿直线运动，保证了测量的精准度。

请参阅图8，在本实施例中，摩擦系数测定装置10进一步地还包括显示终端600，显示终端600与第一检测装置210及第二检测装置310连接，用于显示第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值。

在本实施例中，第三拉力值与第四拉力值相等。可依据第三拉力值或者第四拉力值，计算出法兰区摩擦系数，依据第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值计算凹模圆角区摩擦系数。

在本实施例中，第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334作匀速运动可依据公式计算出法兰区摩擦系数。其中f为法兰区摩擦系数，f3为第三拉力值，fn为第二测定单元300对第二板材22的正压力。

在本实施例中，第一板材21相对于圆筒形模具222运动，圆筒形模具222相对于基座100静止或者运动会第一板材21会产生不同的阻力。当圆筒形模具222相对于基座100运动时，第一板材21相对于圆筒形模具222运动仅产生变形阻力。当圆筒形模具222相对于基座100静止时，第一板材21相对于圆筒形模具222运动产生圆角阻力，圆角阻力包括变形阻力及摩擦阻力。

根据第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值可计算出凹模圆角区摩擦系数。

首先分别算出圆角阻力及变形阻力。

依据公式：

|f3-f1|＝fc，|f4-f2|＝fb

计算分别计算出圆角阻力及变形阻力。其中，fc为圆角阻力，f3为第三拉力值，f1为第一拉力值，fb为变形阻力，f4为第四拉力值，f2为第二拉力值。

再依据圆角阻力及变形阻力计算出摩擦力。

依据公式：

|fc-fb|＝fr

计算出摩擦力，其中fr为摩擦力。

再根据摩擦力计算出凹模圆角区摩擦系数。

其中u为凹模圆角区摩擦系数，a为所述第二板材22通过第二测定单元300时的折弯角，fr为所述摩擦力。

本实施例提供的摩擦系数测定装置10的工作原理：在本实施例中，当固定销228与销孔134配合时，圆筒形模具222相对于基座100静止，牵引装置400拉动第一板材21运动，以带动第二板材22运动。第一检测装置210检测第一板材21相对于圆筒形模具222运动时所受的第一拉力的第一拉力值，第二检测装置310检测第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334运动所受的第三拉力的第三拉力值。当固定销228不与销孔134配合时，圆筒形模具222可相对于基座100转动，牵引装置400拉动第一板材21运动，以带动第二板材22运动。第一检测装置210检测第一板材21相对于圆筒形模具222运动时所受的第二拉力的第二拉力值，第二检测装置310检测第二板材22相对于第一模具板332及第二模具板334运动所受的第四拉力的第四拉力值。依据第三拉力值或者第四拉力值计算出法兰区摩擦系数，依据第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值计算凹模圆角区摩擦系数。

综上所述，本实施例提供的摩擦系数测定装置10，在本实施例中，第一测定单元200与基座100活动连接，为第一板材21施加压力，第二测定单元300用于为第二板材22施加压力，在第一测定单元200与基座100相对静止时，测得第一板材21相对第一测定单元200运动所受的第一拉力的第一拉力值；第一测定单元200测得第二板材22相对第二测定单元300运动所受的第三拉力的第三拉力值。在第一测定单元200相对基座100运动时，测得第一板材21相对第一测定单元200运动所受的第二拉力的第二拉力值，第二测定单元300测得第二板材22相对第二测定单元300运动所受的第四拉力的第四拉力值。并根据第三拉力值或者第四拉力值计算出法兰区摩擦系数，依据第一拉力值、第二拉力值、第三拉力值及第四拉力值计算出凹模圆角区摩擦系数。本发明提供的摩擦系数测定装置10能够同时检测出法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定装置10的工作效率。

实施例二

本实施例提供了一种摩擦系数测定设备(图未示)。本实施例提供的摩擦系数测定设备能够同时测得法兰区摩擦系数及凹模圆角区摩擦系数，提高了摩擦系数测定设备的工作效率。

为了简要描述，本实施例未提及之处，可参照实施例一。

本实施例提供的摩擦系数测定设备包括设备本体(图未示)及实施例一中的摩擦系数测定装置10，底板120与设备本体连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。