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金属材料薄板和薄带摩擦系数试验方法

作者:未知 更新时间:2017-07-13 浏览次数:
金属材料薄板和薄带摩擦系数试验方法

任务来源
根据国家工业与信息化部2010年第一批行业标准修订项目计划,《金属材料薄板和薄带摩擦系数试验方法》行业标准由武汉钢铁(集团)公司联合华中科技大学和冶金工业标准研究院共同起草。
 
起草过程和征求意见情况
摩擦广泛存在于实际生产与生活中,是固体力学的研究重点之一。当两相互接触的物体之间有相对运动或相对运动趋势时,会在接触表面上产生阻碍相对运动的机械作用力,即为摩擦力,而相互摩擦的两物体称为摩擦副。按摩擦副的运动状态,摩擦可分为静摩擦和动摩擦,前者是指相互接触的两物体间有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦,后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦。
 
摩擦系数则是指两接触表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力比值,摩擦系数通常和接触表面的粗糙度有关,而和接触面积的大小无关。依据运动的性质,可分为静摩擦系数和动摩擦系数。两接触表面在相对移动开始时的最大阻力为静摩擦力,与法向力的比值即为静摩擦系数。两接触表面以一定速度相对移动时的阻力,与法向力的比值即为动摩擦系数。需要强调的是,摩擦系数是与一组摩擦副相对应的,与组成摩擦副的两接触物体的材质和粗糙度相关,单纯讲某种材料的摩擦系数是没有意义的。
 
多数学者认为摩擦力的本质是由物体接触面上的分子间内聚力引起的。然而事实上,对于两个相互接触的物体来讲,只有在表面间的微观凸起才相互接触,而大多数地方是不接触的, 因此实际接触面积远小于表观接触面积(即我们所测定的试样面积) 。摩擦阻力与实际接触面积成正比( 不是与表观接触面积成正比),一般实际接触面积又与表面上的正压力成正比,因此摩擦力与正压力成正比。不同材料间接触面上分子间的内聚引力不同,这将影响到物体间的摩擦力,因此不同材料间的摩擦系数也就不同。
 
摩擦在大部分场合都是起到负面作用,会造成产品和零件磨损,进而导致表面损坏、材料损耗和零件失效,不仅会消耗能源和花费材料、降低设备运转效率,而且会加速设备报废、导致部件更换频繁,造成极大的经济损失。在金属板料成形领域,摩擦条件也是影响板料成形性能的重要参数之一。在成形过程中,金属板料同模具共同组成了摩擦副,两者之间的摩擦状态会直接影响零件的成形极限、回弹和表面质量,过大的摩擦会导致板料在成形过3程中产生缺陷,模具表面产生划伤和“粘结瘤”,加剧模具磨损进而影响模具寿命。而在金属板料冲压成形数值模拟中,摩擦系数也是必须的输入参数,同时也是影响数值模拟精度的重要因素。
 
自上世纪90年代以来,国家先后在摩擦领域公布了五项相关标准,对于规范行业测试方法起到了很好的指导作用。但随着时间的推移,上述标准在执行的过程中逐渐暴露出了颇多不足之处,例如,汽车用制动器衬片标准(GB5763-1998)和汽车用离合器面片标准(GB/T5764-1998)与国外相关标准在技术观念、摩擦性能等级判定以及检测方法上存在较大差异,制约了我国摩擦材料向国外市场的出口;工业机械用石棉摩擦片标准(GB/T11834-2000)中对产品的命名中含有“石棉”二字,不合时宜;摩擦衬料的某些检测项目尚属空白;定速式摩擦试验机质量良莠不齐,比对性、重现性查;标准中某些条款已陈旧落后等。但对于金属薄板带摩擦性能的试验方法,目前还尚未有国际与国家标准,只有部分大型汽车企业和钢厂制定了相应的企业试验规范。因此,针对金属板料成形领域制定行业标准,通过试验方法准确地检测金属板料同模具之间的摩擦性能是十分必要的,对于规范各实验室之间的试验方法,以便于在统一条件下提供切实可用的试验结果具有非常重要的意义。在制定本标准时,充分贯彻了我国摩擦材料标准的修订原则:应反映行业技术水平,能促进技术进步,有利行业发展,同时要结合汽车工业形势,考虑到与汽车行业配套要求标准的对接问题。
 
“金属材料薄板和薄带 摩擦系数试验方法”(Metallic Materials Sheet and Strip Methodfor Coefficient of Friction)的标准主要针对汽车行业金属板料成形领域,其它行业参考使用。本试验方法旨在鉴定冲压钢板与冲压模具之间的接触性能。用于检测金属薄板(0.2~2 mm)同标准模具间的滑动摩擦系数,此参数可以用于评价钢板的表面质量,也可以直接用于数值模拟软件中进行零件的设计和冲压工艺的调整。标准具有很强的可操作性,适应了当前力学性能试验技术向全面、细致、准确而且可靠测量方向发展的要求。
 
本试验方法对金属薄板带滑动摩擦系数的测定方法进行了详细规定,阐明了该测试方法的实验原理;试样尺寸、试样取样方位的选择;试样机加工方法;试样制备方法及要求;试验装置、试验要求及试验步骤与过程;试验结果分析处理方法及如何出具试验报告等诸多内容。在润滑油的选取方面没有作过多要求,只在试样制备时作了相关说明,其目的在于让本标准具有更广泛的适用性。在摩擦系数计算过程中比较容易忽视的一点,即实验过程中试验机拉力与单面摩擦力之间存在两倍的关系,已单独在试验结果处理部分作了相关说明,进行了重点提示。
2010年7月国家标准化管理委员会正式发文同意由武钢负责起草和制订“金属 薄板带 滑动摩擦系数试验方法”的行业标准,项目编号2010-0281T-YB。随后成立了该标准编制工作小组,讨论和制定了工作计划。
 
接到制定任务后着手标准征求意见稿的起草准备工作,收集、分析、研究了国际、国外4相关资料,掌握了各类材料摩擦系数试验方法测试方法的现状和发展方向,并综合国情和发展趋势,提出本标准征求意见稿。
 

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