第4章金屬塑性加工的摩擦與潤滑

1、91第4章金屬塑性加工的摩擦與潤滑4.1概述金屬塑性加工中是在工具與工件相接觸的條件下進行的，這時必然產生阻止金屬流動的摩擦力。這種發(fā)生在工件和工具接觸面間，阻礙金屬流動的摩擦，稱外摩擦。由于摩擦的作用，工具產生磨損，工件被擦傷；金屬變形力、能增加造成金屬變形不均；嚴重時使工件出現(xiàn)裂紋，還要定期更換工具。因此，塑性加工中，須加以潤滑。潤滑技術的開發(fā)能促進金屬塑性加工的發(fā)展。隨著壓力加工新技術新材料新工藝的出現(xiàn)，必將要求人們解決新的潤滑問

2、題。4.2金屬塑性加工時摩擦的特點及作用4.2.1塑性成形時摩擦的特點塑性成形中的摩擦與機械傳動中的摩擦相比，有下列特點：（1）在高壓下產生的摩擦。塑性成形時接觸表面上的單位壓力很大，一般熱加工時面壓力為100~150MPa，冷加工時可高達500~2500MPa。但是，機器軸承中，接觸面壓通常只有20~50MPa，如此高的面壓使?jié)櫥瑒╇y以帶入或易從變形區(qū)擠出，使?jié)櫥щy及潤滑方法特殊。（2）較高溫度下的摩擦。塑性加工時界面溫度條件例惡劣

3、。對于熱加工，根據(jù)金屬不同，溫度在數(shù)百度至一千多度之間，對于冷加工，則由于變形熱效應、表面摩擦熱，溫度可達到頗高的程度。高溫下的金屬材料，除了內部組織和性能變化外，金屬表面要發(fā)生氧化，給摩擦潤滑帶來很大影響。（3）伴隨著塑性變形而產生的摩擦，在塑性變形過程中由于高壓下變形，會不斷增加新的接觸表面，使工具與金屬之間的接觸條件不斷改變。接觸面上各處的塑性流動情況不同，有的滑動，有的粘著，有的快，有的慢，因而在接觸面上各點的摩擦也不一樣。（4

4、）摩擦副（金屬與工具）的性質相差大，一般工具都硬且要求在使用時不產生塑性變形；而金屬不但比工具柔軟得多，且希望有較大的塑性變形。二者的性質與作用差異如此之大，因而使變形時摩擦情況也很特殊。4.2.2外摩擦在壓力加工中的作用塑性加工中的外摩擦，大多數(shù)情況是有害的，但在某些情況下，亦可為我所用。摩擦的不利方面：（1）改變物體應力狀態(tài)，使變形力和能耗增加。以平錘鍛造圓柱體試樣為例（圖41），當無摩擦時，為單向壓應力狀態(tài)，即，而有摩擦時，則呈現(xiàn)

5、三向應力狀態(tài)，s???3即。為主變形力，為摩擦力引起的。若接觸面間摩擦越大，則13??????s3?1?越大，即靜水壓力愈大，所需變形力也隨之增大，從而消耗的變形功增加。一般情況1?下，摩擦的加大可使負荷增加30%。93面多少存在氧化膜，或吸附一些氣體和灰塵等其它介質。但通常說的干摩擦指的是不加潤滑劑的摩擦狀態(tài)。2流體摩擦當金屬與工具表面之間的潤滑層較厚，摩擦副在相互運動中不直接接觸，完全由潤滑油膜隔開（圖43），摩擦發(fā)生在流體內部分子

6、之間者稱為流體摩擦。它不同于干摩擦，摩擦力的大小與接觸面的表面狀態(tài)無關，而是與流體的粘度、速度梯度等因素有關。因而流體摩擦的摩擦系數(shù)是很小的。塑性加工中接觸面上壓力和溫度較高，使?jié)櫥瑒┏Ｒ讛D出或被燒掉，所以流體摩擦只在有條件的情況下發(fā)生和作用。圖42Confm連續(xù)擠壓原理圖圖43工具與工件界面的示意圖3邊界摩擦這是一種介于干摩擦與流體摩擦之間的摩擦狀態(tài)，稱為邊界摩擦（圖44）。圖44接觸面的放大模型圖S—粘著部分b—邊界摩擦部分L—流體

7、潤滑部分在實際生產中，由于摩擦條件比較惡劣，理想的流體潤滑狀態(tài)較難實現(xiàn)。此外，在塑性加工中，無論是工具表面，還是坯料表面，都不可能是“潔凈”的表面，總是處于介質包圍之中，總是有一層敷膜吸附在表面上，這種敷膜可以是自然污染膜，油性吸附形成的金屬膜，物理吸附形成的邊界膜，潤滑劑形成的化學反應膜等。因此理想的干摩擦不可能存在。實際上常常是上述三種摩擦共存的混合摩擦。它既可以是半干摩擦又可以是半流體摩擦。半干摩擦是邊界摩擦與干摩擦的混合狀態(tài)。當

8、接觸面間存在少量的潤滑劑或其他介質時，就會出現(xiàn)這種摩擦。半流體摩擦是流體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。當接觸表面間有一層潤滑劑，在變形中個別部位會發(fā)生相互接觸的干摩擦。塑性加工時摩擦的性質是復雜的，目前尚未能徹底地揭露有關接觸摩擦的規(guī)律。關擠壓輪堵頭擠壓模擠壓制品擠壓靴槽封塊壓輪坯桿被工具弄平的區(qū)域（接觸比R）半微觀潤滑池粘性液體潤滑工具T?工件被粘著層刨著的面積粘著由于工具表面的不平而刨著的面積Vm邊界潤滑膜潤滑劑bbb模具P潤滑劑bb?