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1、金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础金属塑性加工原理金属塑性加工原理 山东建筑大学材料科学与工程学院2010.5金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第四章第四章 金属塑性成形中的摩擦金属塑性成形中的摩擦了解了解金属塑性加工时的摩擦的特点及作用，金属塑性加工时的摩擦的特点及作用，了解了解塑性加工中摩擦的分类及机理，塑性加工中摩擦的分类及机理，掌握掌握摩擦摩擦系数系数及其影响因素，及其影响因素，掌握掌握测定摩擦系数的方法测定摩擦系数的方法了解主要的润滑剂特点及分类了解主要的润滑剂特点及分类掌握掌握塑性加工工艺塑性加工工艺中中的的常见常
2、见润滑润滑手段手段。本章知识点本章知识点：金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础相对运动或相对运动趋势相对运动或相对运动趋势产生摩擦产生摩擦动摩擦动摩擦静摩擦静摩擦在机械传动与金属成形中：在机械传动与金属成形中：第四章第四章 金属塑性成形中的摩擦金属塑性成形中的摩擦金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础金属成形中的摩擦又可分为内摩擦与外摩擦。金属成形中的摩擦又可分为内摩擦与外摩擦。内摩擦：指变形金属内晶界面上或晶内滑移面上产内摩擦：指变形金属内晶界面上或晶内滑移面上产生的摩擦。生的摩擦。外摩擦是指变形金属与工具之间接触面上产生的摩外摩
3、擦是指变形金属与工具之间接触面上产生的摩擦。擦。外摩擦力简称为摩擦力。外摩擦力简称为摩擦力。单位接触面上的摩擦力称为摩擦切应力，其方向与单位接触面上的摩擦力称为摩擦切应力，其方向与质点运动方向相反，它阻碍金属质点的流动。质点运动方向相反，它阻碍金属质点的流动。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础 摩擦的危害：摩擦的危害：使塑性加工所需的力、能增加使塑性加工所需的力、能增加模具磨损加剧，寿命下降，成本增加模具磨损加剧，寿命下降，成本增加使工件表面发生粘结、擦伤等现象，产品质量下降使工件表面发生粘结、擦伤等现象，产品质量下降引起不均匀变形，出现附加应力、残余应力，导
4、致裂纹引起不均匀变形，出现附加应力、残余应力，导致裂纹金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础模锻时，桥部摩擦阻力有利于充填型腔模锻时，桥部摩擦阻力有利于充填型腔轧辊与坯料的摩擦使坯料易于咬入轧辊与坯料的摩擦使坯料易于咬入薄板拉延时，增加凸缘处的摩擦阻力可避免工件起皱薄板拉延时，增加凸缘处的摩擦阻力可避免工件起皱在多数情况下，外摩擦是个不利因素，因此必须在多数情况下，外摩擦是个不利因素，因此必须在被加工金属与工、模具之间加入润滑物质，以减小在被加工金属与工、模具之间加入润滑物质，以减小摩擦，这就是润滑。摩擦，这就是润滑。摩擦的益处摩擦的益处金金属属塑塑性性成成形形原
5、原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础一、金属塑性成形中摩擦的特点和影响一、金属塑性成形中摩擦的特点和影响 一、金属塑性成形中摩擦的特点v伴随有变形金属的塑性流动伴随有变形金属的塑性流动v接触面上接触压力高接触面上接触压力高v实际接触面积大实际接触面积大v不断有新的摩擦面产生不断有新的摩擦面产生v常在高温下产生摩擦常在高温下产生摩擦以上特点决定了塑性成形过程中的摩擦比一般机械传动以上特点决定了塑性成形过程中的摩擦比一般机械传动中的摩擦要复杂得多，润滑要困难的多。中的摩擦要复杂得多，润滑要困难的多。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础二、摩擦对塑性成形过程的影
6、响二、摩擦对塑性成形过程的影响 1、改变变形体内应力状态，增大变形抗力、改变变形体内应力状态，增大变形抗力例如单向压缩：例如单向压缩：无摩擦：无摩擦：有摩擦：有摩擦：2、引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力、引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础由于变形体内各部位的由于变形体内各部位的不均匀变形受到变形体整体性不均匀变形受到变形体整体性的限制，各部位不能独立地改的限制，各部位不能独立地改变自己的尺寸而不对相邻部分变自己的尺寸而不对相邻部分发生影响，因而引起其间相互发生影响，因而引起其间相互平衡的内力及相应的应力，这平衡的内力
7、及相应的应力，这种应力称为种应力称为附加应力附加应力。附加应力是由变形不均匀所引起的相互平衡的内附加应力是由变形不均匀所引起的相互平衡的内力，它是成对出现的力，它是成对出现的二、摩擦对塑性成形过程的影响二、摩擦对塑性成形过程的影响 金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础v引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更不均引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更不均匀；匀；v使变形体塑性降低，甚至可能造成破坏；使变形体塑性降低，甚至可能造成破坏；v造成变形物体形状的歪扭、形成残余应力等造成变形物体形状的歪扭、形成残余应力等由于附加应力是由变形不均匀引起，并对塑性成形由
8、于附加应力是由变形不均匀引起，并对塑性成形带来许多不良后果，因此避免附加应力产生的根本途径带来许多不良后果，因此避免附加应力产生的根本途径是要创造均匀变形的条件，例如降低模具的粗糙度和采是要创造均匀变形的条件，例如降低模具的粗糙度和采用适当的润滑措施，以减小接触面的摩擦力等。用适当的润滑措施，以减小接触面的摩擦力等。附加应力的影响附加应力的影响金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础当卸载后，塑性变形不消失，应变梯度不消失，仍相当卸载后，塑性变形不消失，应变梯度不消失，仍相互牵制，因此引起应力的外因去除后在变形物体内仍保留下互牵制，因此引起应力的外因去除后在变形物体
9、内仍保留下来的应力称为来的应力称为残余应力。残余应力。残余应力的影响：残余应力的影响：v使制品的尺寸和形状发生变化；、使制品的尺寸和形状发生变化；、v缩短制品的寿命；缩短制品的寿命；v增大变形抗力；增大变形抗力；v降低金属的塑性、冲击韧度及抗疲劳强度等。降低金属的塑性、冲击韧度及抗疲劳强度等。3、降低模具寿命、降低模具寿命残余应力的影响残余应力的影响金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第二节第二节 塑性成形中摩擦的分类及机理塑性成形中摩擦的分类及机理 一、阿蒙顿-库仑定律(经典摩擦理论经典摩擦理论1）1摩擦力的大小与接触面上的法向载荷成正比摩擦力的大小与接触面上
10、的法向载荷成正比2摩擦力的大小与接触面积无关；摩擦力的大小与接触面积无关；3摩擦力的大小与两接触面相对滑动速度无关；摩擦力的大小与两接触面相对滑动速度无关；4静摩擦系数大于动摩擦系数。静摩擦系数大于动摩擦系数。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础其局限其局限:1当摩擦表面非常光滑，两相接触表面分子力的作用当摩擦表面非常光滑，两相接触表面分子力的作用增强时增强时,摩擦力就会随接触面积的大小而变化；摩擦力就会随接触面积的大小而变化；2当摩擦面承受很大压力、使实际接触面积按近名义当摩擦面承受很大压力、使实际接触面积按近名义接触面积时接触面积时,会出现严重的摩擦，摩擦力
11、与摩擦面间的会出现严重的摩擦，摩擦力与摩擦面间的法向载荷不成比例关系；法向载荷不成比例关系；3.摩擦面是粘弹性材料时，静摩擦系数不一定大于动摩擦面是粘弹性材料时，静摩擦系数不一定大于动摩擦系数。摩擦系数。阿蒙顿-库仑定律金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础二、塑性成形中摩擦的分类二、塑性成形中摩擦的分类1、干摩擦、干摩擦当变形金属与工具之间的接触表当变形金属与工具之间的接触表面上不存在任何外来的介质，即直接面上不存在任何外来的介质，即直接接触时所产生的摩擦称为干摩擦。接触时所产生的摩擦称为干摩擦。实践中的干摩擦是指不加任何润滑剂实践中的干摩擦是指不加任何润滑剂的
12、摩擦。的摩擦。2、流体摩擦、流体摩擦当变形金属与工具表面之间的当变形金属与工具表面之间的润滑剂层较厚，两表面完全被润滑润滑剂层较厚，两表面完全被润滑剂隔开，此时的润滑状态称为流体剂隔开，此时的润滑状态称为流体润滑，这种状态下的摩擦称为流体润滑，这种状态下的摩擦称为流体摩擦。摩擦。流体摩擦的摩擦特征与所加润滑刑的性质流体摩擦的摩擦特征与所加润滑刑的性质(粘度粘度)和和相对速度梯度有关，而与接触表面的状态无关。相对速度梯度有关，而与接触表面的状态无关。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础3、边界摩擦、边界摩擦接触表面就处在被单分子膜接触表面就处在被单分子膜隔开的状态
13、，这种单分子膜润滑隔开的状态，这种单分子膜润滑的状态称为边界润滑，这种状态的状态称为边界润滑，这种状态下产生的摩擦称为边界摩擦。下产生的摩擦称为边界摩擦。大多数塑性成形中的摩擦属于边界摩擦。大多数塑性成形中的摩擦属于边界摩擦。4.混合摩擦混合摩擦干摩擦和边界摩擦混合干摩擦和边界摩擦混合半干摩擦半干摩擦边界摩擦和流体摩擦混合边界摩擦和流体摩擦混合半流体摩擦半流体摩擦二、塑性成形中摩擦的分类二、塑性成形中摩擦的分类金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础三、摩擦机理三、摩擦机理1、表面凹凸学说、表面凹凸学说认为摩擦是由于接触面上的凹凸不平引起的，要使认为摩擦是由于接触面
14、上的凹凸不平引起的，要使凸凹不平的接触面在外力作用下产生相互运动，就必须凸凹不平的接触面在外力作用下产生相互运动，就必须给以一定的能量，使相互咬合的凸牙部分被折断或产生给以一定的能量，使相互咬合的凸牙部分被折断或产生剪切变形，这就是所需克服的摩擦力。表面越粗糙，摩剪切变形，这就是所需克服的摩擦力。表面越粗糙，摩擦力越大。擦力越大。T与与N成正比，与面积无关。又称成正比，与面积无关。又称“凹凸理论凹凸理论”或或“机械理论机械理论”。对一般对一般粗糙度表面粗糙度表面适用，解释适用，解释不了特别光不了特别光滑表面摩擦滑表面摩擦力大的现象。力大的现象。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的
15、的物物理理基基础础2、分子吸附学说、分子吸附学说认为摩擦产生的原因是由于接触表面上分子相互吸认为摩擦产生的原因是由于接触表面上分子相互吸引的结果。表面越光滑，距离越小，吸引力越大，摩擦引的结果。表面越光滑，距离越小，吸引力越大，摩擦力越大，摩擦力与接触面积成正比。又称力越大，摩擦力与接触面积成正比。又称“分子吸附理分子吸附理论论”或或“分子理论分子理论”。摩擦力的增加来源于两接触表面上的分子吸引力摩擦力的增加来源于两接触表面上的分子吸引力金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础3、粘着理论、粘着理论此种理论认为，当两表面接触时，在某些接触点上此种理论认为，当两表面接
16、触时，在某些接触点上的单位压力很大，以致这些点将发生粘着或焊合，当两的单位压力很大，以致这些点将发生粘着或焊合，当两表面发生相对运动时，粘着点即被剪断而产生相对滑动。表面发生相对运动时，粘着点即被剪断而产生相对滑动。T与与N不成正比。又称不成正比。又称“粘着学说粘着学说”。摩擦力是剪断金属粘着点所需要的剪切力。摩擦力是剪断金属粘着点所需要的剪切力。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第三节第三节 描述接触面上摩擦力的数学表达式描述接触面上摩擦力的数学表达式一、库仑摩擦条件一、库仑摩擦条件不考虑接触面上的粘着现象，认为摩擦符合库仑定律：不考虑接触面上的粘着现象，认
17、为摩擦符合库仑定律：T 摩擦力摩擦力Pn接触面上的正压力接触面上的正压力 摩擦切应力摩擦切应力n接触面上的正压应力接触面上的正压应力外摩擦系数（摩擦系数）外摩擦系数（摩擦系数）由实验确定。由实验确定。应用库仑摩擦条件时，除了应用库仑摩擦条件时，除了要知道摩擦系数外，还应知要知道摩擦系数外，还应知道接触面上的正压应力分布。道接触面上的正压应力分布。注意：注意：不能无限制的随不能无限制的随n的增大而增大，当的增大而增大，当=max=K时，金属将产生塑时，金属将产生塑性流动，此时性流动，此时n=Y。因为：因为：所以所以的极值：的极值：库仑摩擦条件适合正压力不库仑摩擦条件适合正压力不大，变形量较小的冷
18、成形工大，变形量较小的冷成形工序。序。用适当的数学表达式定量表示摩擦力即为摩擦条件。用适当的数学表达式定量表示摩擦力即为摩擦条件。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础二、常摩擦力条件（一种假设）二、常摩擦力条件（一种假设）认为：接触面上的摩擦切应力认为：接触面上的摩擦切应力与被加工金属的剪切屈服强与被加工金属的剪切屈服强度度K成正比成正比即：即：=mKm摩擦因子，摩擦因子，0m1当当m=1时，即时，即=max=K最大摩擦力条件。最大摩擦力条件。在热塑性成形时，常采用最大摩擦力条件，在用上限在热塑性成形时，常采用最大摩擦力条件，在用上限元法或有限元法分析时，一般采
19、用常摩擦力条件。元法或有限元法分析时，一般采用常摩擦力条件。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第四节第四节 影响摩擦系数的主要因素影响摩擦系数的主要因素一、金属的化学成分一、金属的化学成分粘着性强的金属摩擦系数大，如铅、铝、锌等；粘着性强的金属摩擦系数大，如铅、铝、锌等；硬度、强度高的金属摩擦系数小；硬度、强度高的金属摩擦系数小；对黑色金属而言，含碳量高、合金元素含量高，摩擦系对黑色金属而言，含碳量高、合金元素含量高，摩擦系数小。数小。塑性成形中的摩擦系数通常是指接触面上的平均摩擦系数。塑性成形中的摩擦系数通常是指接触面上的平均摩擦系数。金金属属塑塑性性成成形
20、形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础二、工具表面状态二、工具表面状态工具表面越光滑，摩擦系数越小，但太光滑摩擦系数工具表面越光滑，摩擦系数越小，但太光滑摩擦系数变大（吸附作用）变大（吸附作用）金属成形中一般不会出现；金属成形中一般不会出现；工具表面粗糙度在各方向不同时，摩擦系数也不相同。工具表面粗糙度在各方向不同时，摩擦系数也不相同。顺加工方向摩擦系数比垂直加工方向低顺加工方向摩擦系数比垂直加工方向低20%；坯料粗糙也会使摩擦系数增加。坯料粗糙也会使摩擦系数增加。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础三、接触面上的单位压力三、接触面上的单位压力单位压力小
21、，吸附作用单位压力小，吸附作用不明显，摩擦系数为常不明显，摩擦系数为常数，与压力无关；数，与压力无关；单位压力大，表面氧化单位压力大，表面氧化膜被破坏，润滑剂被挤膜被破坏，润滑剂被挤掉，真实接触面积增大，掉，真实接触面积增大，吸附作用增强，摩擦系吸附作用增强，摩擦系数大。数大。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础四、变形温度四、变形温度变形温度的影响十分复杂变形温度的影响十分复杂温度较低，金属强度、硬度大，氧化膜薄，质地较硬，温度较低，金属强度、硬度大，氧化膜薄，质地较硬，摩擦系数小；摩擦系数小；温度升高，强度、硬度降低，氧化膜增厚，吸附作用增温度升高，强度、硬
22、度降低，氧化膜增厚，吸附作用增强，润滑剂性能变差，摩擦系数增大；强，润滑剂性能变差，摩擦系数增大；高温下，氧化膜变软或脱离金属基体，在金属与工、模高温下，氧化膜变软或脱离金属基体，在金属与工、模具之间形成一隔绝层，起润滑作用，摩擦系数下降。具之间形成一隔绝层，起润滑作用，摩擦系数下降。热轧时温度对碳钢摩擦系数的影响热轧时温度对碳钢摩擦系数的影响金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础五、变形速度五、变形速度变形速度增加，摩擦系数下降变形速度增加，摩擦系数下降干摩擦干摩擦速度大，凹凸部分来不及啮合，摩擦系数小；速度大，凹凸部分来不及啮合，摩擦系数小；速度大，热效应明显
23、，接触面上形成速度大，热效应明显，接触面上形成“热点热点”，金属变软；，金属变软；原因：原因：边界摩擦边界摩擦速度大，润滑油膜增厚，摩擦系数小。速度大，润滑油膜增厚，摩擦系数小。纯铝轧制时轧制速度对摩擦系数的影响纯铝轧制时轧制速度对摩擦系数的影响金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础金属塑性加工原理金属塑性加工原理 山东建筑大学材料科学与工程学院2010.5金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础圆环镦粗法测定摩擦系数圆环镦粗法测定摩擦系数将将的圆环试样在平砧间压缩，观察内的圆环试样在平砧间压缩，观察内外径的变化。外径的变化。v摩擦系数
24、很小或无摩擦时：则摩擦系数很小或无摩擦时：则圆环上每一质点均沿径向作辐射圆环上每一质点均沿径向作辐射状向外流动，变形后内外径均扩状向外流动，变形后内外径均扩大；大；由于接触面上的摩擦系数不同，由于接触面上的摩擦系数不同，圆环的内外径在压缩过程中将有着圆环的内外径在压缩过程中将有着不同的变化。不同的变化。v摩擦系数增加到某一临界值之后，摩擦系数增加到某一临界值之后，靠近内径的金属质点向外流动的阻靠近内径的金属质点向外流动的阻力大于向内流动的阻力，出现分流力大于向内流动的阻力，出现分流面面(半径半径Rn）,内径变小。分流面半内径变小。分流面半径径Rn随摩擦系数的增大而增大。随摩擦系数的增大而增大。
25、第五节第五节 测定外摩擦系数的方法测定外摩擦系数的方法金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础将将40 2010 的圆环的圆环试样在平砧间以不同的试样在平砧间以不同的摩擦条件压缩，观察内摩擦条件压缩，观察内外径的变化。外径的变化。圆环镦粗法测定摩擦系数圆环镦粗法测定摩擦系数m=0m=0.15m=0.3金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础圆环镦粗法测定摩擦系数圆环镦粗法测定摩擦系数金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第六节第六节 塑性成形中的润滑塑性成形中的润滑一、对润滑剂的要求一、对润滑剂的要求v良好的
26、耐压性能：高压下润滑膜仍能吸附在接触面上；良好的耐压性能：高压下润滑膜仍能吸附在接触面上；v良好的耐热性：高温下不分解失效；良好的耐热性：高温下不分解失效；v有冷却作用：防止模具过热；有冷却作用：防止模具过热；v对工模具和金属坯料无腐蚀作用；对工模具和金属坯料无腐蚀作用；v无毒，无有害气体，不污染环境；无毒，无有害气体，不污染环境；v使用、清理方便，来源丰富、价格便宜。使用、清理方便，来源丰富、价格便宜。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础二、常用润滑剂二、常用润滑剂1.液体润滑剂液体润滑剂这是用量最大、品种最多的一类润滑材料，包括这是用量最大、品种最多的一类润
27、滑材料，包括矿物油、合成油、动植物油和乳液等。矿物油、合成油、动植物油和乳液等。液体润滑剂有较宽的粘度范围，对不同的负荷、液体润滑剂有较宽的粘度范围，对不同的负荷、速度和温度条件下工作的运动部件提供了较宽的选速度和温度条件下工作的运动部件提供了较宽的选择余地。择余地。可提供低的、稳定的摩擦系数，能有效地从摩擦可提供低的、稳定的摩擦系数，能有效地从摩擦表面带走热量，保证相对运动部件的尺寸稳定和设表面带走热量，保证相对运动部件的尺寸稳定和设备精度备精度多数是价格便宜多数是价格便宜金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础常把机油作配置润滑油的基油，再加常把机油作配置润滑油
28、的基油，再加入各种添加剂以制成所需的润滑油入各种添加剂以制成所需的润滑油v矿物油：主要是机油矿物油：主要是机油优点：化学稳定性好，不与金属起化学作用，价格便宜，优点：化学稳定性好，不与金属起化学作用，价格便宜，来源充足来源充足缺点：形成稳定润滑膜的张力较差，摩擦系数大，着火点缺点：形成稳定润滑膜的张力较差，摩擦系数大，着火点低低优点：含有脂肪酸，与金属能起化学作用，在金属表面生优点：含有脂肪酸，与金属能起化学作用，在金属表面生成脂肪酸的润滑膜，附着力强，润滑性能好成脂肪酸的润滑膜，附着力强，润滑性能好缺点：化学性能不稳定，氧化安定性和热稳定性较差，低缺点：化学性能不稳定，氧化安定性和热稳定性较
29、差，低温性能也不够好，因而长期贮存易变质温性能也不够好，因而长期贮存易变质v动植物油：猪油、牛油、鲸油、蓖麻油、棕榈油等动植物油：猪油、牛油、鲸油、蓖麻油、棕榈油等1.液体润滑剂液体润滑剂金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础v合成油：磷酸酯（低温润滑剂）、硅酸盐酯（高温合成油：磷酸酯（低温润滑剂）、硅酸盐酯（高温润滑剂）、氟化物（耐氧化润滑剂）润滑剂）、氟化物（耐氧化润滑剂）优点：除具有润滑作用外，还对模具有较强的冷却作用。优点：除具有润滑作用外，还对模具有较强的冷却作用。v乳液：由矿油、乳化剂、石蜡、肥皂和水所组成的乳液：由矿油、乳化剂、石蜡、肥皂和水所组成的
30、水包油或油包水的乳状稳定混合物。水包油或油包水的乳状稳定混合物。塑性加工时，一般是根据加工条件选用不同粘塑性加工时，一般是根据加工条件选用不同粘度的润滑剂。板料厚、变形程度大、加工速度低时，度的润滑剂。板料厚、变形程度大、加工速度低时，用粘度较大的润滑油；当材料薄、加工速度快时，用粘度较大的润滑油；当材料薄、加工速度快时，可选用粘度较小的稀油。可选用粘度较小的稀油。可以制成具有不同粘度的均相流体，多使用在条件比可以制成具有不同粘度的均相流体，多使用在条件比较苛刻的工况下，首先用于军用，逐渐向民用推广。较苛刻的工况下，首先用于军用，逐渐向民用推广。1.液体润滑剂液体润滑剂金金属属塑塑性性成成形形
31、原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础2.固体润滑剂固体润滑剂固体润滑剂适用于高温、大载荷以及不宜采用液体润固体润滑剂适用于高温、大载荷以及不宜采用液体润滑剂和润滑脂的场合，如宇航设备及卫生要求较高的滑剂和润滑脂的场合，如宇航设备及卫生要求较高的机械设备中。机械设备中。固体润滑剂有无机化合物（石墨、二硫化钼、硼砂固体润滑剂有无机化合物（石墨、二硫化钼、硼砂等）与有机化合物（金属皂、动物脂等）等）与有机化合物（金属皂、动物脂等）使用时常将润滑剂粉末与胶粘剂混合起来应用，也使用时常将润滑剂粉末与胶粘剂混合起来应用，也可与金属或塑料等混合后制成自润滑复合材料使用。可与金属或塑料等混合后制成自润
32、滑复合材料使用。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础v石墨：石墨：=0.050.19具有六方晶系的层状结构，同层原子间的结合力具有六方晶系的层状结构，同层原子间的结合力比层与层间的结合力大，因而层与层之间容易滑移。比层与层间的结合力大，因而层与层之间容易滑移。当金属坯料与工、模具间涂有石墨的两接触面发当金属坯料与工、模具间涂有石墨的两接触面发生摩擦时，事实上是石墨层与层之间的内摩擦，起到生摩擦时，事实上是石墨层与层之间的内摩擦，起到润滑作用。润滑作用。石墨具有良好的导热性和热稳定性，滑动速度对石墨具有良好的导热性和热稳定性，滑动速度对它的摩擦特性影响很小，石墨的
33、摩擦系数随着压力的它的摩擦特性影响很小，石墨的摩擦系数随着压力的增大而增大。增大而增大。石墨吸附气体后，摩擦系数减小石墨吸附气体后，摩擦系数减小v二硫化钼：具有六方晶系的层状结构，层与层之二硫化钼：具有六方晶系的层状结构，层与层之间容易滑移，间容易滑移，=0.120.152.固体润滑剂固体润滑剂金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础v玻璃：用于热挤钢材和高温合金玻璃：用于热挤钢材和高温合金无明显熔点，随温度升高逐渐软化，包在坯料表面起无明显熔点，随温度升高逐渐软化，包在坯料表面起润滑作用润滑作用随温度升高，粘度变小，可根据加工温度和所需的粘随温度升高，粘度变小，可
34、根据加工温度和所需的粘度选用不同成分玻璃度选用不同成分玻璃使用温度使用温度4502200成分稳定，不起化学作用成分稳定，不起化学作用=0.040.06加工后不易清理加工后不易清理v皂类（硬脂酸锌、硬脂酸钠、一般肥皂）：适合冷挤压皂类（硬脂酸锌、硬脂酸钠、一般肥皂）：适合冷挤压铝及合金铝及合金v盐类（硼砂、氧化钠、碳酸钾、磷酸盐等）盐类（硼砂、氧化钠、碳酸钾、磷酸盐等）v塑料类（聚四氟乙烯等）塑料类（聚四氟乙烯等）2.固体润滑剂固体润滑剂金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础种种类类作作用用化合物名称化合物名称添加量添加量1油性剂油性剂 形成油膜，减小摩擦形成油膜，
35、减小摩擦长链脂肪酸，油酸长链脂肪酸，油酸0.1%1%2极压剂极压剂 防止接触表面粘合防止接触表面粘合有机硫化物，氯化有机硫化物，氯化物物5%10%3抗磨剂抗磨剂 形成保护膜，防止磨损形成保护膜，防止磨损 磷酸酯磷酸酯5%10%4防锈剂防锈剂 防止润滑剂生锈防止润滑剂生锈羧酸，酒精羧酸，酒精0.1%1%5乳化剂乳化剂 使油乳化，稳定乳液使油乳化，稳定乳液硫酸，磷酸酯硫酸，磷酸酯3%6流动点流动点下降剂下降剂防止低温时油中石蜡固防止低温时油中石蜡固化化氯化石蜡氯化石蜡0.1%1%7粘度剂粘度剂 提高润滑油粘度提高润滑油粘度聚甲基丙烯酸等化聚甲基丙烯酸等化合物合物2%10%三、润滑油中的添加剂三、润
36、滑油中的添加剂为了提高润滑油的润滑、耐磨、防腐等性能，常为了提高润滑油的润滑、耐磨、防腐等性能，常在润滑油中加入少量的活性物质，这种活性物质总称在润滑油中加入少量的活性物质，这种活性物质总称为添加剂。为添加剂。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础四、塑性成形时的润滑方法四、塑性成形时的润滑方法v特种流体润滑法特种流体润滑法特种流体润滑法常用于线材拉拔，在模具入口处加特种流体润滑法常用于线材拉拔，在模具入口处加一个套管，套管与坯料之间的间隙很小，并充满润滑液一个套管，套管与坯料之间的间隙很小，并充满润滑液体。当坯料从套管中高速通过时，如模具的锥角合适且体。当坯料从
37、套管中高速通过时，如模具的锥角合适且表面光洁，坯料就可把润滑剂带入模具内，金属坯料与表面光洁，坯料就可把润滑剂带入模具内，金属坯料与模具之间就可得到流体润滑膜。模具之间就可得到流体润滑膜。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础v表面磷化皂化处理：表面磷化皂化处理：v表面镀层表面镀层磷化处理即在坯料表面上用化学方法制成一层磷磷化处理即在坯料表面上用化学方法制成一层磷酸盐或草酸盐薄膜，这种薄膜呈多孔状态，对润滑剂酸盐或草酸盐薄膜，这种薄膜呈多孔状态，对润滑剂起吸附作用。起吸附作用。磷化处理后的坯料须进行润滑处理，常用的有硬磷化处理后的坯料须进行润滑处理，常用的有硬脂酸
38、钠、肥皂等，故称为皂化脂酸钠、肥皂等，故称为皂化。当当p2000N/mm2,t300时，润滑剂遭到破坏或时，润滑剂遭到破坏或被挤出，失去润滑作用，被挤出，失去润滑作用，磷化膜与表面结合很牢，有一定的塑性，磷化膜与表面结合很牢，有一定的塑性，能与坯料一起变形，但温度升高时磷化膜能与坯料一起变形，但温度升高时磷化膜会变质，因此，磷化处理温度不超过会变质，因此，磷化处理温度不超过300四、塑性成形时的润滑方法四、塑性成形时的润滑方法金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础第五章第五章塑性成形件质量的定性分析塑性成形件质量的定性分析影响模具寿命塑性成形件质量：塑性成形件质量
39、：影响零件的使用寿命影响零件的使用寿命塑性成形过程中几个主要的质量问题：塑性成形过程中几个主要的质量问题：裂纹、粗晶、折叠、失稳裂纹、粗晶、折叠、失稳金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件进行质量分析的一般过程塑性成形件进行质量分析的一般过程调查原始情况原材料，塑性成形工艺及热处理情况。弄清质量问题查明塑性成形件的缺陷部位及宏观特征。初步确定引起缺陷的原因。试验研究分析取样分析，确定其宏观与微观组织特征提出解决措施金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件质量分析方法塑性成形件质量分析方法一般分析方法低倍组织试验高倍组
40、织试验金属变形流动分析试验借助先进的检测仪器透射电镜，扫描电镜，电子探针对于大型锻件，可采用无损探伤的办法。金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的裂纹由外力直接引起的裂纹金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的裂纹由附加应力及残余应力引起的裂纹金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属
41、变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的裂纹由温度应力及组织应力引起的裂纹金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的空洞和裂纹塑性成形件中的空洞和裂纹防止裂纹产生的措施增加静水压力选择合适的变形温度和变形速度采用中间退火提高原材料的质量金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的晶粒度塑性成形件中的晶粒度晶粒度大小对力学性能的影响金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件中的晶粒度塑性成形件中的晶粒度影响晶粒度大小的主要因素加热温度
42、塑性变形前的加热温度固溶处理时的加热温度变形程度机械阻碍物细化晶粒的主要途径加入合金元素采用适当的变形程度和变形温度相变重结晶的方法金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性成形件的折叠塑性成形件的折叠折叠金属流动过程中已氧化过的表面金属汇合到一起而形成折叠的特征与周围流线方向一致尾端一般呈小圆形或树叉型折叠两端有较重的脱碳氧化现象金金属属塑塑性性成成形形原原理理金金属属变变形形的的物物理理基基础础塑性加工中的失稳塑性加工中的失稳分类：拉伸失稳、压缩失稳分类：拉伸失稳、压缩失稳拉伸失稳示意图薄壁薄壁圆圆筒筒压缩压缩失失稳稳演示演示实验实验在塑性加工中，当材料所受载荷达到某一临界值在塑性加工中，当材料所受载荷达到某一临界值后，即使载荷下降，后，即使载荷下降，塑性变形还会继续，这种现象称塑性变形还会继续，这种现象称为塑性失稳。为塑性失稳。