金属塑形加工中的摩擦与润滑.docVIP

4 金属塑性加工中的摩擦与润滑 4.1金属塑性加工中摩擦的特点与作用 一、塑性加工中摩擦的特点 1.与机械摩擦相比特点如下: (1)工具与工件接触面上的单位压力大。 (2)接触表面不断更新和扩大。 (3)接触表面温度较高。 (4)作为摩擦对的工具与工件性质差别大。 2.塑性加工中的摩擦作用 摩擦引起的不良后果如下： （1）引起变形和能耗增加。 （2）摩擦引起变形不均匀及许多不良后果。 （3）引起工具磨损，缩短工具寿命，降低产品表面质量和尺寸精度，工具消耗也大。 某些情况下，摩擦也起着有益作用： 例如：轧制时增加摩擦可改善轧辊咬入轧件的条件以增大每道压下量。 4.2摩擦理论 金属塑性加工中的摩擦一般都属于滑动摩擦。可分为三种基本类型：干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。 一、干摩擦理论 1.干摩擦定义：指工件与工具接触面间没有任何其它介质和薄膜，仅是其金属与金属之间的摩擦。 2.干摩擦理论：机械摩擦理论、粘着摩擦理论和分子机械摩擦理论。 （1）机械摩擦理论 此理论指出，在其它条件相同时，摩擦对的接触面上摩擦力与正压力成正比，即： T=f N=fσnFH或T/FH=τf=fσn 式中 T，N——分别为摩擦力和正压力； τf，σn——分别为单位摩擦力（或称摩擦应力）和正应力； f，FH——分别为摩擦系数和宏观接触面积。 （2）粘着摩擦理论 T=Fzτb 式中 Fz——粘着点处的实际剪切面积； τb——较软金属的剪切强度。 （3）分子—机械摩擦理论 此理论认为摩擦是即要克服摩擦对的分子相互作用力，又要克服机械变形阻力的混合过程，即 T=αFzβN或f=αFz/N+β 式中 α，β——分别是与表面分子特性和机械特性有关的参数。 二、液体摩擦理论 1.液体摩擦定义：工具与工件的接触面间被润滑油完全隔开，两表面的相对滑动阻力只与液体的性质和速度梯度有关，而与接触面状态无关时，这种摩擦称为液体摩擦。 2.液体动压润滑理论 （1）液体摩擦定律 各流层因相对运动而产生的摩擦力称为内摩擦力。此内摩擦力Tt 与层间接触面积S及相对速度dv成正比，而与层间距离dz成反比，即 Tt=ηs 或τt==η 式中 τt，η——分别为层间切应力和液体粘度； ——流速梯度。 （2）雷诺方程 雷诺方程是液体动压润滑理论基础。它是从粘性流体力学的基本方程出发作了一定的假设而导出的微分方程。 三、边界摩擦理论 1.边界摩擦定义：工具与工件的接触面间仅存在厚度小于1μm的润滑剂吸附层的润滑摩擦称为边界摩擦或吸附摩擦。 2.边界摩擦理论 在此摩擦条件下，接触面上的摩擦力显然比液体摩擦大，而比干摩擦小。影响边界摩擦的主要因素，是边界润滑膜的性质和它与金属表面的结合强度，如吸附能力越强，则效果将更为显著。因此，接触表面的压力、温度等是选择合适润滑膜的重要条件。 4．3 影响摩擦系数的主要因素 1.工具表面状态和材质的影响 热轧时随辊面粗糙度的增加，摩擦系数增大；若工具是切削加工的，则顺切削方向的摩擦系数比垂直切削方向的小20%左右；淬火比不淬火钢轧辊摩擦系数低；铸铁轧辊比钢轧辊摩擦系数低。 2.金属化学成分的影响 普遍规律是在金属中所有能降低氧化铁皮熔点温度或促使其软化的元素和杂质都可减小热加工时的摩擦系数。 3.加工温度的影响 在700℃左右，摩擦系数有最大值。 4.加工速度的影响 热轧时随轧制速度增加，摩擦系数减小。 5.润滑剂种类的影响 采用工艺润滑使摩擦系数明显降低，但润滑剂不同，其差别很大。 6.压下率的影响 实验表明，随压下率增加摩擦系数增大。 7.其它因素的影响 单位压力、轧制变形区几何参数及轧辊直径都会对摩擦系数带来影响。 4.4 减少摩擦的技术措施 一、工具材料和表面状态 1.对于使用条件苛刻的加工工具如拉丝模常使用硬的、与工件金属难以粘着的硬质合金或金刚石； 2.一般工具材料表面上复以硬的并难以和工件金属粘着的物质如镀硬质铬、用钛或钒的碳化物做皮膜等； 3.在塑性冷加工时，工具表面应进行精加工，而且在使用中时常要进行再研磨以去掉粘着层。 二、材料的形状和表面状态 1.坯料精加工前应进行合理的预成形，精加工道次工件的变形量适当减小。 2.工具和工件间适当留有间隙以便多含润滑剂或在坯料的表面设计成凹面以便多贮润滑剂； 3. 工具的表面精酸洗和抛丸使之有微细的凹坑以贮存润滑剂。 三、润滑剂 1.固体与熔体润滑剂 在接触表面用液体不能形成很厚的润滑层以及加工温度较高时由于油的分解、蒸发、燃烧和失去粘度的情况下，使用固体和熔