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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=fnFH或T/FH=f=fn式中 T，N分别为摩擦力和正压力； f，n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=Fzb式中 Fz粘着点处的实际剪切面积； b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=FzN或f=Fz/N+式中 ，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=s 或t=式中 t，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1m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。 43 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，使用固体和熔体润滑剂。（1）固体润滑剂 一般说来凡剪切强度比工件金属小的任何物质，原则上都可以作为固体润滑剂。（2）熔体润滑剂 钢铁材料及一些合金，在热锻和热挤压过程常用玻璃作为润滑剂。2.液体润滑剂（1）优点：价格便宜；易涂布；破裂的润滑膜易修复；对工具有冷却作用；制品表面光整等。（2）分类：矿物润滑油； 动植物润滑油； 合成润滑油。4.5 轧制时的摩擦系数一、摩擦系数的测定方法1.最大咬入角法： 按轧件开始接触轧辊时轧辊对轧件的力平衡条件可导出最大咬入角max的正切等于开始咬入时的摩擦系数b，即b=tanmax，才可是咬入。这样，只要确定出刚好开始咬入时极限状态下的咬入角max，就可求出b。max可按下式确定 max=arc2.轧件强迫制动法在轧件后端作用一制动力Q，强迫轧件在转动的轧辊间停下来，在开始打滑瞬间测定制动力Q和轧制力P。3.轧制力矩法测定前滑为零时的纯轧力矩M和轧制力P，按下式计算：另外还有一种方法，即4.圆环镦粗法三、估算摩擦系数的方法1.热轧时的摩擦系数艾克隆德公式式中 K1 轧辊材质影响系数，对于钢轧辊=1.0，铸铁轧辊=0.8； K2轧制速度影响系数，可按实验曲线图4-7确定； K3轧件材质影响系数，可据表4-4所列的实验数据选取； t 轧制温度（7001200之间适用）。2.冷轧时的摩擦系数式中 K一一润滑剂的种类与质量的影响系数，v轧制速度，米秒。小结：1.熟悉塑性加工中摩擦的特点。2.掌握摩擦的作用及减小摩擦的方法。3.熟悉一些润滑的理论和一些常用的润滑剂。4.了解有关摩擦系数的测定和估算方法。