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1、塑性力学与金属塑性成形原理Plastic Mechanics and Principle of MetalformingPlastic Mechanics and Principle of Metalforming第四篇 金属塑性加工摩擦学 第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑 4.1 概述4.2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理 4.4 摩擦系数及其影响因素 4.5 测定摩擦系数的方法 4.6 塑性加工的工艺润滑 4.1 概述金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进行的，这时必然产生阻止金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金属流动的摩擦，称外
2、摩擦。由于摩擦的作用，工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、能增加造成金属变形不均；严重时使工件出现裂纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工中，须加以润滑。润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力加工新技术新材料新工艺的出现，必将要求人们解决新的润滑问题。4.2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用塑性成形时摩擦的特点在高压下产生的摩擦较高温度下的摩擦摩擦副（金属与工具）的性质相差大在接触面不断更新，且各点的摩擦也不一样外摩擦在压力加工中的作用 摩擦的不利方面改变物体应力状态，使变形力和能耗增加引起工件变形与应力分布不均匀恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命摩擦的利用 例如，用增大摩擦
3、改善咬入条件，强化轧制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。Conform 连续挤压连续挤压 4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理外摩擦的分类 干摩擦 流体摩擦边界摩擦 摩擦机理 分子吸附说表面凸凹学说塑性加工时接触表面摩擦力的计算 在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列三种情况考虑 1库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认为摩擦符合库仑定律。其内容如下：（1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，与摩擦表面的大小无关；（2）摩擦力与滑动速度的大小无关；（3）静摩擦系数大于动摩擦系数。其数学表达式为：或 式中 F摩擦力；外摩擦系数；N垂直于接
4、触面正压力；接触面上的正应力；接触面上的摩擦切应力。由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较好的加工过程，此定律较适用。2最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即：=k 3摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为：=mk 式中，m为摩擦因子 4.4 摩擦系数及其影响因素 摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而不同。其主要影响因素有：1.金属的种类和化学成分 2.工具材料及其表面状
5、态 3.接触面上的单位压力 4.变形温度 5.变形速度 6.润滑剂0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩 擦系数0.14图4-6 正压力对摩擦系数的影响0.50.40.30.20.102004006008000.40.20400600800图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响 图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响4.5 测定摩擦系数的方法夹钳轧制法楔形件压缩法前滑法圆环镦粗法此此法法简简单单易易做做，也也比比较较精精确确，可可用用来来测定冷、热态下的摩擦系数。测定冷、热态下的
6、摩擦系数。夹钳轧制法此此法法的的实实质质可可以以认认为为与与轧轧制制过过程程及及一一般般的的平平锤锤下下镦镦粗粗相相似似，故故可可用用来来确确定定这这两两种种过过程程中中的的摩摩擦擦系系数数。此此法法应应用用较较方方便便，主主要要困困难难是是在在于于较较难难准准确确的的确确定定中立面的位置及精确的测定有关数据。中立面的位置及精确的测定有关数据。楔形件压缩法前滑法Lh此此法法较较简简单单，不不需需测测定定压压力力，也也不不需需制制备备特特殊殊的的工工具具和和试试件件，即即可可测测得得摩摩擦擦系系数数。一一般般用用于于测测定定各各种种轧轧制制条条件件下下的的摩摩擦擦系系数数和和轧轧制制工工艺艺润润
7、滑滑剂剂特特性性的的评评价价，是是目目前前较较广广泛泛应应用的方法。用的方法。圆环镦粗法当当摩摩擦擦系系数数很很小小时时，变变形形后后的的圆圆环环内内外外径径都都增增大大；当当摩摩擦擦系系数数超超过过某某一一临临界界值值时时，在在圆圆环环中中就就会会出出现现一一个个以以Rn为为半半径径的的分分流流面面。分分流流面面以以外外的的金金属属向向外外流流动动，分分流流面面以以内内的的金金属属向向内流动。所以变形后的圆环其外径增大，内径缩小。内流动。所以变形后的圆环其外径增大，内径缩小。用用上上限限法法或或应应力力分分析析法法可可求求出出分分流流面面半半径径Rn、摩摩擦擦系系数数和和圆圆环环尺尺寸寸的的
8、理理论论关关系系式式。据据此此可可绘绘制制成成如如图图所示的理论校准曲线。所示的理论校准曲线。材料 润滑剂15钢 磷化MoS2粉末电解铜MoS2（糊剂）材料 润滑剂15钢 磷化MoS2粉末电解铜MoS2（糊剂）此此法法较较简简单单，不不需需测测定定压压力力，也也不不需需制制备备许许多多压压头头和和试试件件，即即可可测测得得摩摩擦擦系系数数。一一般般用用于于测测定定各各种种温温度度、速速度度条条件件下下的的摩摩擦擦系系数数，是是目目前前较较广广泛泛应应用用的的方方法法。但但由由于于圆圆环环试试件件在在镦镦粗粗时时会会出出现现鼓鼓形形。环环孔孔出出现现椭椭圆圆形形等等，引引起起测测量量上上的的误误
9、差差，影响结果的精确性。影响结果的精确性。4.6 塑性加工的工艺润滑工艺润滑的目的及润滑机理 润滑的目的减少工模具磨损，延长工具使用寿命提高制品质量降低金属变形时的能耗 润滑机理流体动力学原理吸附机制润滑剂的选择 1塑性成形中对润滑剂的要求在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求：（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；（2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质；（3）润滑剂有冷却模具的作用；（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；（5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；（6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。2常用的润滑剂液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等液-固型润滑剂熔体润滑剂润滑剂中的添加剂 润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，热稳定性要好，且应具有良好的物理化学性能，常用的添加剂有油性剂、极压剂、抗磨剂和防锈剂等。润滑方法的改进润滑方法的改进1流体润滑2表面处理（1）表面磷化处理（2）表面氧化处理（3）表面镀层