金屬塑性成形中的摩擦和潤(rùn)滑

1、金屬塑性成形中的摩擦和潤(rùn)滑1第1頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)的歷史說起摩擦，大家一定不陌生，因?yàn)槟Σ潦俏覀兩钪兴究找姂T的現(xiàn)象，我們每時(shí)每刻都在和摩擦打交道。我們走路、吃飯、洗衣服依靠摩擦；各種車輛行駛依靠摩擦，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)離不開摩擦。摩擦學(xué)知識(shí)與吃、穿、住、行密不可分。 2第2頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四車輛行駛依靠摩擦3第3頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 4第4頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)的歷史利用摩擦熱取火，使人類告別了吃生食物的習(xí)慣。Eskimo, Hu

2、dson Bay, 1748比如：舊石器時(shí)代 鉆木取火5第5頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)的歷史車輪的發(fā)明使人類商業(yè)社會(huì)得以迅速發(fā)展。伊拉克，2800B.C.6第6頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四又比如：地質(zhì)摩擦學(xué) 研究巖石摩擦力和地震破壞力之間的關(guān)系（意大利、美國(guó)） 針對(duì)大地震的滑移特性，在室內(nèi)模擬巖石的摩擦學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)滑移速度超過1mm/s時(shí)，摩擦力意外地逐漸下降，闡明了大地震時(shí)主要斷層出現(xiàn)低強(qiáng)度的現(xiàn)象。7第7頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四損失在摩擦界面上的資源界面活塞環(huán)/汽缸輪胎/路面刀具/工件

3、鉆頭/油井磁頭/磁介質(zhì)人體/座位損失量 億美元/年200100100100100200根據(jù) 1986統(tǒng)計(jì)8第8頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦磨損產(chǎn)生的難題在現(xiàn)代汽車中，20的功率要用來克服摩擦；飛機(jī)上的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)因摩擦損耗的功率要占10，就是最先進(jìn)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也要為克服摩擦損耗2的功率。據(jù)報(bào)道，英國(guó)在材料磨損上損失每年要超過20億美元。航空和航天器過度發(fā)熱，這更是現(xiàn)代科技遇到的又一難題。 9第9頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)的定義摩擦學(xué)是研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相互作用表面及其有關(guān)的理論和實(shí)踐的一門科學(xué)技術(shù)。機(jī)床導(dǎo)軌10第10

4、頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四定義中二個(gè)主要的部分：相對(duì)運(yùn)動(dòng)相互作用表面11第11頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)涉及的學(xué)科摩擦學(xué)是一門交叉、邊緣學(xué)科摩擦學(xué)主要涉及學(xué)科：物理學(xué)化學(xué)機(jī)械工程材料學(xué)力學(xué)流體力學(xué)12第12頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦學(xué)研究的主要內(nèi)容摩擦：摩擦理論與起因磨損：磨損理論與減磨措施潤(rùn)滑：潤(rùn)滑理論潤(rùn)滑劑極其添加劑固體潤(rùn)滑材料摩擦學(xué)測(cè)試技術(shù)：摩擦系數(shù)及表面分析等13第13頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形中摩擦的定義 在塑性成形中，被加工金

5、屬與模具之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，在接觸表面間產(chǎn)生阻止切向運(yùn)動(dòng)的阻力稱為摩擦。鐓粗時(shí)的摩擦摩擦力方向金屬流動(dòng)方向14第14頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四第一節(jié) 金屬塑性成形中摩擦的特點(diǎn)和影響一、金屬塑性成形中摩擦的特點(diǎn)1、伴隨有變形金屬的塑性流動(dòng)，接觸面上各點(diǎn)的摩擦不同2、接觸面上的單位壓強(qiáng)高3、實(shí)際接觸面積大4、不斷有新的摩擦產(chǎn)生5、常在高溫下產(chǎn)生摩擦，摩擦條件復(fù)雜15第15頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四伴隨有變形金屬的塑性流動(dòng)接觸面上的單位壓強(qiáng)高由于變形不均勻，造成坯料在模具表面上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)不相同，有的快，有的慢，有

6、的粘著不動(dòng)，因此各點(diǎn)的摩擦情況也不相同。機(jī)械傳動(dòng)摩擦特點(diǎn)是摩擦產(chǎn)生在機(jī)械零件之間的彈性形變，因此它的表面摩擦是比較均勻的。 一般來說，塑性變形的摩擦是在高壓下產(chǎn)生的。承受的壓力一般在500N/mm2 左右，在冷擠壓時(shí)達(dá)到2500N/mm2。相比之下，重載荷下的軸承工作壓力也就是在20-40 N/mm2。實(shí)際接觸面積大在塑性成形過程中，由于發(fā)生塑性變形，接觸面上凸起部分被壓平，實(shí)際接觸面積接近名義接觸面積，使摩擦力增大。16第16頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四常在高溫下產(chǎn)生摩擦很多情況下，塑性變形是在高溫下進(jìn)行，它會(huì)使金屬的組織性能發(fā)生變化。加之，溫度分不均勻。一般

7、來說，表面溫度低，內(nèi)部溫度高。因此，給摩擦帶來了復(fù)雜的影響。另外還要考慮氧化皮等因素的影響。 不斷有新的摩擦產(chǎn)生在塑性成形過程中，原來非接觸面在變形過程中會(huì)成為新的接觸面，使摩擦力增大。由此可知，在塑性成形過程中的摩擦與潤(rùn)滑問題比一般機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦要復(fù)雜很多。17第17頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四二、摩擦對(duì)塑性成形過程的影響首先介紹與摩擦有關(guān)的定律“最小阻力定律” 最小阻力定律：當(dāng)變形體的質(zhì)點(diǎn)有可能沿不同方向移動(dòng)時(shí)，則物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。即做最小的功，走最短的路。 最小阻力定律實(shí)際上是力學(xué)的普遍原理，它可以定性地用來分析金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向?；蛘?/p>

8、通過調(diào)整某個(gè)方向的流動(dòng)阻力，來改變金屬在某些方向的流動(dòng)量，使得成形更為合理。圖 開式模鍛的金屬流動(dòng)材料2004-4.21第12周1-2節(jié)18第18頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四例如，在開式模鍛中（如圖），增加金屬流向飛邊的阻力，以保證金屬充填模腔；或者修磨圓角r減少金屬流向A腔的阻力，使金屬充填得更好。圖 開式模鍛的金屬流動(dòng)19第19頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 當(dāng)接觸表面存在摩擦?xí)r，矩形斷面的棱柱體鐓粗時(shí)的流動(dòng)模型如圖所示。 因?yàn)榻佑|面上質(zhì)點(diǎn)向周邊流動(dòng)的阻力與質(zhì)點(diǎn)離周邊的距離成正比，因此離周邊的距離愈近，阻力愈小，金屬質(zhì)點(diǎn)必然沿這

9、個(gè)方向流動(dòng)。這個(gè)方向恰好是周邊的最短法線方向。圖 最小周邊法則因此，可用點(diǎn)劃線將矩形分成兩個(gè)三角形和兩個(gè)梯形，形成了四個(gè)流動(dòng)區(qū)域。點(diǎn)劃線是流動(dòng)的分界線，線上各點(diǎn)至邊界的距離相等，各個(gè)區(qū)域內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)到各自邊界的法線距離最短。這樣流動(dòng)的結(jié)果，梯形區(qū)域流出的金屬多于三角形區(qū)域的。鐓粗后，矩形斷面將變成雙點(diǎn)劃線所示的多邊形。20第20頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 可以想象，繼續(xù)鐓粗，斷面的周邊將趨于橢圓，而橢圓將進(jìn)一步變成圓。此后，各質(zhì)點(diǎn)將沿著半徑方向流動(dòng)。相同面積的任何形狀，圓形的周邊最小。因而最小阻力定律在鐓粗中也稱最小周邊法則。21第21頁，共100頁，2022年，

10、5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 對(duì)于其他任意斷面金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)也符合上述定律。 方料在平錘間壓縮時(shí)如圖所示。隨著鐓粗的進(jìn)行，方料逐漸變?yōu)閳A截面。22第22頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四在拔長(zhǎng)工序中應(yīng)用上述變形模式，可以提高拔長(zhǎng)的生產(chǎn)效率。拔長(zhǎng)實(shí)質(zhì)上就是沿坯料的逐次鐓粗，鐓粗過程中再伴隨著翻轉(zhuǎn)90，使坯料斷面積逐漸減小，長(zhǎng)度逐漸增加的工序。如圖所示。要求較高的拔長(zhǎng)生產(chǎn)效率時(shí)，坯料的送料要小，這時(shí)軸向延伸較大。即當(dāng)送進(jìn)量l小于坯料寬度a（l a ）時(shí)，坯料寬度增加的多。23第23頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四最小阻力定律的作用金屬塑性變

11、形過程應(yīng)滿足體積不變條件。根據(jù)體積不變條件和最小阻力定律，可以大體確定塑性成形時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律。金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 24第24頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四圓環(huán)鐓粗時(shí)，改變金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向。環(huán)形件鐓粗時(shí)，由于摩擦的作用，還會(huì)局部改變金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向。 如果接觸面上的摩擦系數(shù)很小或無摩擦?xí)r，根據(jù)體積不變條件，圓環(huán)內(nèi)外徑都增加達(dá)到最大值。25第25頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四在圓環(huán)中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)以Rn為半徑的分流面。分流面以外的金屬向外流動(dòng)；分流面以內(nèi)的金屬向內(nèi)流動(dòng)。當(dāng)增加，并超過某一定值，靠近內(nèi)徑處的金屬質(zhì)

12、點(diǎn)向外流動(dòng)的阻力大于向內(nèi)流動(dòng)的阻力，從而改變了流動(dòng)方向。內(nèi)徑開始減少，而外徑擴(kuò)大。金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 26第26頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦對(duì)塑性成形的不利方面： 1）改變變形體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，增大變形抗力和能源消耗例如單向壓縮時(shí)，若工具與變形金屬接觸面上無摩擦存在，則變形內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)為單向壓應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)單向壓應(yīng)力為3， 此時(shí)單位流動(dòng)壓力為 若接觸面上有摩擦存在時(shí)，則變形金屬內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)為三向應(yīng)力狀態(tài)， 因而摩擦力使變形抗力增大，增大能量消耗。一般情況下，摩擦的加大可使負(fù)荷增加30%。27第27頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)2

13、0分，星期四2）引起不均勻變形，附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力不均勻變形：不均勻變形的最典型的例子是在平砧下鐓粗圓柱體時(shí)出現(xiàn)鼓形（見圖4-1b）,由于接觸面上摩擦力阻礙金屬流動(dòng)，遠(yuǎn)離接觸面處受摩擦影響小，因而形成了鼓形。 在此情況下，可將變形金屬整個(gè)體積大致分為三個(gè)區(qū)：區(qū)表示由外摩擦影響而產(chǎn)生的難變形區(qū)。區(qū)表示與作用力成45角的最有利方位的易變形小變形區(qū)區(qū)表示變形程度居中的自由變形區(qū)難變形區(qū)小變形區(qū)易變形區(qū)28第28頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四鐓粗（整體或局部）29第29頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四當(dāng)工件的高徑比h/d2.5時(shí)，往往首先在與工

14、具接觸的兩端產(chǎn)生變形，而中間處的變形很小，結(jié)果形成雙鼓形現(xiàn)象(如圖c)。如果每次繼續(xù)使用小變形量，表面變形的積累將會(huì)形成折疊。金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 中間處變形小兩端產(chǎn)生變形大圓柱體鐓粗時(shí)的不均勻變形除了與接觸摩擦有關(guān)外，還與變形區(qū)的幾何形狀因素有關(guān)。30第30頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四附加應(yīng)力 由于物體內(nèi)各部分的不均勻變形要受到物體整體性的限制，因而在各部分之間會(huì)產(chǎn)生相互平衡的應(yīng)力，該應(yīng)力叫做附加應(yīng)力，或稱副應(yīng)力。3）附加應(yīng)力材料2003-4.3031第31頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四如圖為在凸形軋制矩形坯

15、，坯料邊緣部分a的變形程度小，而中間部分b的變形程度大。若a、b部分不是同一個(gè)整體時(shí)，則中間部分將比邊緣部分發(fā)生更大的縱向伸長(zhǎng)，圖中雙點(diǎn)劃線所示。由于金屬的整體性迫使伸長(zhǎng)相等，因此中間部分將給邊緣部分施以拉力使其增加伸長(zhǎng)，而邊緣部分將給中間部分施以壓力使其減少伸長(zhǎng)，因此產(chǎn)生相互平衡的內(nèi)力，在中間部分是附加壓應(yīng)力，面在邊緣部分是附加拉應(yīng)力。伸長(zhǎng)受阻，壓應(yīng)力產(chǎn)生附加應(yīng)力的原因32第32頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四33第33頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四當(dāng)卸載后，塑性變形不消失，應(yīng)變梯度不消失，仍相互牽制，因此引起內(nèi)力的外因去除后在變形物

16、體內(nèi)仍然保留下來的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是彈性應(yīng)力，不超過材料的屈服應(yīng)力。金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 使制品的尺寸和形狀發(fā)生變化縮短制品的壽命 增大變形抗力降低金屬的塑性、沖擊韌性及抗疲勞強(qiáng)度。殘余應(yīng)力對(duì)塑性成形不良后果殘余應(yīng)力材料2003-5.3034第34頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四假設(shè)某圓柱體，心部受拉應(yīng)力，力圖縮短，表面受壓，力圖伸長(zhǎng)。該圓柱體存在殘余應(yīng)力，但未變形。某圓柱體切削后的變形。切削前問題討論產(chǎn)生畸變（變形）35第35頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四36第36頁，共100頁，2022年，5月20日

17、，13點(diǎn)20分，星期四殘余應(yīng)力是附加應(yīng)力的變化而來，其根本原因就是物體產(chǎn)生了不均勻的變形。減小材料在加工和處理過程中所產(chǎn)生的不均勻變形。對(duì)加工件進(jìn)行熱處理。去應(yīng)力退火人工時(shí)效自然時(shí)效進(jìn)行機(jī)械處理。使工件再產(chǎn)生一些表面變形，使殘余應(yīng)力得到一定的釋放和松弛。如木錘敲打表面或噴丸加工。表面層中具有殘余拉應(yīng)力的板材，經(jīng)表面輾壓后，其殘余應(yīng)力大為縮小。減小或消除殘余應(yīng)力的方法37第37頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四38第38頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四39第39頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四4）摩擦?xí)绊懝ぜ砻?/p>

18、質(zhì)量，加速工具、模具磨損，降低模具使用壽命。塑性成形時(shí)接觸間的相對(duì)滑動(dòng)加速工具磨損；因摩擦熱增加工具磨損；變形與應(yīng)力的不均勻亦會(huì)加速工具磨損；會(huì)產(chǎn)生金屬粘結(jié)工具的現(xiàn)象，不僅縮短了工具壽命，且降低工件表面質(zhì)量。金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 40第40頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四摩擦對(duì)塑性成形的有利方面：利用摩擦，拉深可抑制起皺。開式模鍛可利用飛邊橋部的摩擦力保證金屬充滿模腔。軋制板材時(shí)，軋輥與坯料之間要有足夠的摩擦力才能使坯料咬入。41第41頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四利用摩擦，拉深可抑制起皺。42第42頁，共100頁

19、，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四開式模鍛可利用飛邊橋部的摩擦力保證金屬充滿模腔。圖 開式模鍛的金屬流動(dòng)43第43頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四軋制板材時(shí)，軋輥與坯料之間要有足夠的摩擦力才能使坯料咬入。44第44頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四45第45頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四總結(jié)：摩擦帶來的后果（利弊）-即摩擦對(duì)塑性加工的影響1、額外消耗功；2、工具、模具磨損大，降低模具使用壽命；3、影響工件表面質(zhì)量；4、利用摩擦，拉深可抑制起皺。5、開式模鍛可利用飛邊橋部的摩擦力保證金屬充滿模腔。6、

20、軋制板材時(shí)，軋輥與坯料之間要有足夠的摩擦力才能使坯料咬入。46第46頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 42塑性成形中摩擦的分類和機(jī)理通常分為三類：干摩擦（無潤(rùn)滑） ； 流體摩擦（有潤(rùn)滑） ；邊界摩擦（界于以上兩者之間）表面光摩擦減小進(jìn)一步提高光潔度（分子吸力）摩擦增大 一、摩擦的分類47第47頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四1、干摩擦 干摩擦：被加工金屬與模具表面之間沒有任何潤(rùn)滑劑存在的摩擦稱干摩擦。 絕對(duì)的干摩擦在實(shí)際生產(chǎn)中是不存在的，因?yàn)樵谒苄猿尚芜^程中，表面會(huì)產(chǎn)生氧化膜或吸附一些氣體、灰塵。

21、48第48頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 2、流體摩擦：被加工金屬與模具表面之間被潤(rùn)滑劑油膜隔開時(shí)的摩擦稱流體摩擦。 流體摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分子之間。 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(guān)。而主要取決與流體的粘度，速度梯度等因素，因此它的摩擦系數(shù)很小。49第49頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四一般來說，塑性成形時(shí)的摩擦狀態(tài)是不能截然分開，常常會(huì)出現(xiàn)各種混合摩擦狀態(tài)，需具體情況，具體分析。3、邊界摩擦：當(dāng)坯料與模具之間存在潤(rùn)滑劑時(shí)，隨著接觸壓力的增加，接觸表面凸起部分被壓平，潤(rùn)滑劑被擠入凹陷部分，這種介于干摩擦與流動(dòng)摩擦之間

22、的摩擦狀態(tài)稱為邊界摩擦。 在邊界摩擦中，接觸面間既存在潤(rùn)滑膜又存在局部的粘結(jié)點(diǎn)。這種潤(rùn)滑膜的厚度在0.1m左右，也稱為邊界膜。這時(shí)的摩擦力包括兩部分，就是剪斷表面粘著部分的剪切抗力與邊界膜分子間抗剪力之和。50第50頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 二、摩擦的機(jī)理摩擦的機(jī)理粘著理論凹凸理論分子吸附理論關(guān)于摩擦的機(jī)理，主要提出的有三種理論材料2005-5.16第12周3，4節(jié)51第51頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四所有經(jīng)過機(jī)械加工的表面并非絕對(duì)平坦光滑，都有不同程度的微觀凸起和凹入。當(dāng)凹凸不平的兩

23、個(gè)表面接觸時(shí)，一個(gè)表面的“凸峰”可能會(huì)陷入另一表面的凹抗，產(chǎn)生機(jī)械咬合。當(dāng)這兩個(gè)相互接觸的表面在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互咬合的部分被剪斷，此時(shí)的摩擦力表現(xiàn)為凸峰被剪斷時(shí)的變形阻力。1、凹凸理論即摩擦力是由接觸面的凹凸形狀引起的（要使接觸面互相滑動(dòng)，一個(gè)表面就要順著另一個(gè)表面凹凸部分反復(fù)抬起來，或者相互壓平和擠掉。）52第52頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四該理論對(duì)于普通表面粗糙度的表面來說，能有較好的解釋。降低接觸表面的粗糙度，或加潤(rùn)滑劑以填補(bǔ)表面凹抗，都可以起到減少摩擦的作用。但是，當(dāng)表面非常光滑時(shí)，摩擦力不是減少，而是顯著地增大。這一現(xiàn)象無法用凹凸理論來解

24、釋。53第53頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 這種理論可以解釋光滑接觸表面間摩擦力和接觸面積成正比以及與表面質(zhì)量成正比的原因。 摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸面分子相互吸引的結(jié)果。物體表面越光滑，實(shí)際接觸面積就越大，接觸面間的距離也就越小，分子吸引力就越強(qiáng)，因此，滑動(dòng)摩擦力也就越大。2、分子吸附理論54第54頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四如果固體斷面相當(dāng)光滑，接合點(diǎn)就會(huì)多一些，兩固體的粘附作用就會(huì)明顯?；蛘呤蛊渲幸还腆w很薄(薄膜)，它和另一固體容易吻合，也可表現(xiàn)出較大的吸附力。 因此，玻璃間的粘附只有新拉制的玻璃絲才能顯示出來，用新拉制的玻

25、璃棒就不行，因?yàn)楹笳呓佑|面積太小，又是剛性的，不可能粘住。55第55頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四這種理論的前提條件是接觸點(diǎn)上的單位壓力非常大。這些點(diǎn)發(fā)生粘著和焊合。摩擦過程就是粘著、剪斷與滑移交替進(jìn)行的過程（摩擦力是剪斷金屬粘著所需要的剪切力。）3、粘著理論56第56頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四 綜合這三種理論，摩擦過程中，摩擦力的主要原因是，機(jī)械的嚙合，分子間的吸引，微凸體的粘著這些因素的綜合反映。 由于金屬表面的形態(tài)、組織和工作條件不同，這些原因各自所起作用的大小不同，因而表現(xiàn)出不同的摩擦效應(yīng)。 57第57頁，共100頁，20

26、22年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四第三節(jié) 摩擦系數(shù)及其影響因素金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 一、摩擦系數(shù) 1、庫侖摩擦條件不考慮接觸面粘合現(xiàn)象（即全滑動(dòng)），認(rèn)為摩擦符合庫侖定律，其內(nèi)容如下：摩擦力與作用于摩擦表面的垂直壓力成正比例，與摩擦表面的大小無關(guān)；摩擦力與滑動(dòng)速度無關(guān)；靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。58第58頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四T摩擦力； 摩擦切應(yīng)力； n 接觸面上的正應(yīng)力數(shù)學(xué)表達(dá)式為這個(gè)定律里庫侖先生在兩百多年前結(jié)合實(shí)驗(yàn)得出的，它對(duì)一般的工程問題比較適用。但是它還有在一定的局限性。當(dāng)摩擦表面非常光滑時(shí)很小，摩擦力反而增加。這與定律

27、矛盾。當(dāng)摩擦面承受很大的壓力時(shí)，摩擦力與法向載荷不成比例關(guān)系。靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)，有某些粘彈性材料，它的靜摩擦系數(shù)不一定大于動(dòng)摩擦系數(shù)。 摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)。摩擦力與兩接觸面相對(duì)滑動(dòng)速度無關(guān)。由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由試驗(yàn)確定），故稱為常摩擦系數(shù)定律。59第59頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四2、最大摩擦力條件（完全處于粘合狀態(tài)） 這時(shí) 極限為：式中=0.5 Tresca條件下最大摩擦系數(shù)。=0.577Mises條件下最大摩擦系數(shù)當(dāng)接觸表面沒有相對(duì)滑動(dòng)，完全處于粘合狀態(tài)時(shí)，摩擦切應(yīng)力（）等于變形金屬流動(dòng)時(shí)的臨界切應(yīng)力K。摩擦切應(yīng)力不能隨n的增大無限制地增大

28、。被加工金屬的接觸面將產(chǎn)生塑性流動(dòng)，n=Y（拉伸屈服強(qiáng)度）根據(jù)屈服準(zhǔn)則：60第60頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 3 常摩擦力條件TrescaMises 認(rèn)為接觸間的摩擦應(yīng)力，不隨正壓力大小而變化，摩擦力是小于其最大剪應(yīng)力K的常數(shù)。式中m為摩擦因子，是隨變形條件而變的常數(shù)，m的變化范圍為01。有時(shí)為了應(yīng)用上的方便，可將常摩擦力條件寫成和庫侖摩擦力相似的形式。材料2004-4.23第12周1-2節(jié)61第61頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四二、影響摩擦系數(shù)的主要因素 1、金屬化學(xué)成分一般認(rèn)為硬度越高

29、，耐磨性越好。鋼的含碳量及合金元素增加，材料越硬，越小。這主要受材料接觸面粘合性影響。例如，在同樣外界條件中，鋁與鋼接觸時(shí)的摩擦系數(shù)要大于鋼與鋼接觸時(shí)的摩擦系數(shù)。 例如：把很軟的金屬銦半球用1N的壓力壓到鋼上，則必須使用1N的力才能把它們分開，而把銦球換為銅球，球就會(huì)馬上松開。62第62頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四63第63頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四2、表面質(zhì)量表面質(zhì)量越好，小。一般來說，在塑性變形中，毛坯和模具表面加工的粗糙度都有限，不會(huì)出現(xiàn)由于分子吸附力增加，而使摩擦系數(shù)增加的現(xiàn)象，因此盡可能減少表面粗糙度值，來減少摩擦系數(shù)

30、。64第64頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四3、接觸面上單位壓力單位正壓應(yīng)力n較小時(shí)，表面分子吸附作用不明顯，可認(rèn)為是常數(shù)。隨n增加而增大，當(dāng) n達(dá)到一定程度后，趨于穩(wěn)定。65第65頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 隨溫度T增高而增大，當(dāng)T達(dá)到一定值時(shí)，又下降。主要原因：低溫時(shí)，隨溫度T增加，金屬表面粘附的氧化膜質(zhì)地較硬，氧化膜增厚，增大。 溫度升高時(shí)，金屬的強(qiáng)度降低、又下降。高溫時(shí)，隨著溫度繼續(xù)升高，氧化皮變軟或脫落，可能熔化而從固相變?yōu)橐合?，形成一層隔絕層，起到了潤(rùn)滑作用，又減少。4、變形溫度

31、66第66頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四5、變形速度變形速度增加，摩擦系數(shù)下降：干摩擦?xí)r，變形速度增加，表面凹凸部分來不及相互咬合，導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降。邊界摩擦?xí)r條件下，變形速度增加，油膜厚度增大，潤(rùn)滑條件得到改善，從而使摩擦系數(shù)下降。67第67頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四第四節(jié) 摩擦系數(shù)的測(cè)定方法一、夾鉗軋制法 這種方法的基本原理是利用軋制時(shí)力的平衡條件來測(cè)定摩擦系數(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)用鉗子夾住板材的未軋入部分，鉗子的另一端與彈簧測(cè)力儀相連，由彈簧測(cè)力儀可測(cè)得軋輥打滑時(shí)的水平力T。68第68頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分

32、，星期四推導(dǎo)過程：軋輥打滑時(shí)水平方向上力的平衡公式，對(duì)板料： 69第69頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四Pn可以由測(cè)定軋錕軋制力P求出，對(duì)軋錕：由于很小，可省略故70第70頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四求咬角，由幾何關(guān)系知： 由于Pn、T可測(cè)得，由 即可求出摩擦系數(shù) 上式第二項(xiàng)可以忽略， 71第71頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四夾鉗軋制法的特點(diǎn)：簡(jiǎn)單；比較準(zhǔn)確?？捎脕頊y(cè)定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。72第72頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四1、原理：它的主要原理是依據(jù)圓環(huán)內(nèi)徑的變化隨摩

33、擦系數(shù)而變化。 該方法是把一定尺寸的圓環(huán)試樣放在平砧上鐓粗。由于試樣接觸摩擦系數(shù)的不同，圓環(huán)內(nèi)、外徑在壓縮過程中將有不同的變化。 在任何情況下，外徑總是增大的，而內(nèi)徑隨摩擦系數(shù)而變化，或增大或縮小。二、圓環(huán)鐓粗法73第73頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四當(dāng)=0時(shí)，圓環(huán)內(nèi)外徑都增加達(dá)到最大值。 當(dāng)很小時(shí)，圓環(huán)內(nèi)外徑都增加，但內(nèi)外徑擴(kuò)大量逐漸減少。 當(dāng)增加，并超過某一定值，內(nèi)徑開始減少，而外徑擴(kuò)大。在圓環(huán) 中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)以Rn為半徑的分流面。分流面以外的金屬向外流動(dòng)；分流面以內(nèi)的金屬向內(nèi)流動(dòng)。74第74頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性

34、成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 用上限法或應(yīng)力分析法可求出分流面半徑Rn、摩擦系數(shù)和圓環(huán)尺寸的理論關(guān)系，繪出理論校正曲線。75第75頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四2、實(shí)驗(yàn)步驟 （1）制成規(guī)定尺寸的試樣（外徑：內(nèi)徑：高=20：10：7）（2）根據(jù)所定的摩擦條件，在平砧間多次鐓粗，每次取很小的壓下量，記錄試件高度h和內(nèi)徑di。（3）由測(cè)出的試件高度h和內(nèi)徑di。根據(jù)理論校正曲線查出摩擦系數(shù)值。此方特點(diǎn)：簡(jiǎn)單；不需要測(cè)定壓力；不需要制備許多壓頭和試件。76第76頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 第

35、五節(jié) 金屬塑性成形用的潤(rùn)滑劑塑性成形潤(rùn)滑的目的 1、降低接觸表面的摩擦力。 2、提高模具壽命。 3、提高產(chǎn)品質(zhì)量。 4、降低變形抗力。 5、提高金屬充滿模膛的能力。潤(rùn)滑是減少摩擦對(duì)塑性成形過程中不良影響的最有效措施。77第77頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四一、塑性成形對(duì)潤(rùn)滑劑的要求 1、耐壓性：要求在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍然吸附在接觸表面上 2、耐熱性：在高溫下不分解、不失效。要求潤(rùn)滑劑在加工時(shí)，不分解不變質(zhì)。 3、冷卻模具作用：實(shí)際生產(chǎn)中，由于模具連續(xù)工作，模具表面溫度勢(shì)必升高。為了降低模具溫度，避免模具過熱，提高模具使用壽命，要求潤(rùn)滑劑有冷卻作用。 4、無腐蝕、

36、無毒、不污染 5、清理方便，價(jià)格低廉金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 78第78頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四塑性成形時(shí)常用的潤(rùn)滑劑固體潤(rùn)滑劑動(dòng)物油二、塑性成形時(shí)常用的潤(rùn)滑劑兩大類：液體潤(rùn)滑劑；固體潤(rùn)滑劑。液體潤(rùn)滑劑礦物油植物油乳液石墨二硫化鉬玻璃肥皂類鹽類金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 79第79頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四礦物油主要是指機(jī)油。特點(diǎn):化學(xué)成分穩(wěn)定，但摩擦系數(shù)比動(dòng)、植物油大，常常給機(jī)油加入各種添加劑制成所需要的潤(rùn)滑油。（熱處理常用機(jī)油淬火）動(dòng)、植物油主要有豬油、牛油、鯨油、芝麻油、棉子油等。特點(diǎn)

37、:它們的潤(rùn)滑性良好，但化學(xué)成分不穩(wěn)定，還帶有酸性腐蝕。乳液是一種可溶性的礦物油與水均勻混合的兩相系。由礦物油、乳化劑、石蠟、肥皂和水組成。特點(diǎn):除潤(rùn)滑作用外，對(duì)模具有較好的冷卻作用。（一） 液體潤(rùn)滑劑80第80頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四塑性加工時(shí)，要根據(jù)不同的加工條件，選擇不同粘度的油。一般來說，板料厚，變形程度大，加工速度低時(shí)采用粘度較大的油，反之，則采用粘度較小的油。81第81頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四石墨：具有六方晶格系的層狀結(jié)構(gòu)，有油脂感。有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，基本上不受滑動(dòng)速度影響，在0.050.19范圍內(nèi)，它的

38、潤(rùn)滑機(jī)理主要是由于石墨層與層之間的結(jié)合力弱，容易產(chǎn)生滑移。（同一層的原子間距1.2，層與層之間的原子間距3.35。（二） 固體潤(rùn)滑劑石墨是C的一種結(jié)晶形態(tài)，具有六方晶格。Wc=100%石墨本身的強(qiáng)度和塑性非常低。（b=20MPa；0）82第82頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四二硫化鉬 ：吸附力強(qiáng)，潤(rùn)滑性良好，一定的熱穩(wěn)定性。它的潤(rùn)滑機(jī)理是相鄰晶格間硫原子層結(jié)合力弱，容易產(chǎn)生滑移。83第83頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四玻璃：沒有固定的熔點(diǎn)，溫度增加逐漸軟化 最后熔化為液態(tài)，使下降。優(yōu)點(diǎn)：玻璃的耐熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性好，來源廣，價(jià)格低廉。缺

39、點(diǎn)：加工后，零件和模具表面上會(huì)附上一層玻璃，不易清除。肥皂類：包括硬脂酸鈉、硬脂酸鋅及一般肥皂，常用于有色金屬的冷擠壓、拉拔等工藝，以及鋼坯皂化處理工藝。鹽類：常用硼砂、氧化鈉等鹽類。特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好。84第84頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四總結(jié)：石墨：=0.05-0.19 空氣中好二硫化鉬：=0.12-0.15 真空中好玻璃：高溫下使用，T=450-2200，不易清除。肥皂類：硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、肥皂等鹽類：硼砂、氯化鈉、碳酸鉀、磷酸鹽（高溫成形下用） 礦物油植物油動(dòng)物油乳液機(jī)油蓖麻油豬、牛礦油+乳化劑+石蠟+肥皂水大小小冷卻時(shí)用85第85頁，共100頁，202

40、2年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四金屬塑性成形原理第四章金屬塑性成形中的摩擦 油性劑極壓劑抗磨劑防銹劑常用的種類這要根據(jù)不同的工作情況來選擇添加劑。（三）潤(rùn)滑油中添加劑添加劑：為了提高潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能，常在潤(rùn)滑油中加入少量的活性物質(zhì)，這種活性物質(zhì)總稱為添加劑。86第86頁，共100頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)20分，星期四是指天然酯、醇、脂肪等物質(zhì)。這些物質(zhì)都含有羧（COOH）類活性基?；钚曰ㄟ^與金屬表面的吸附作用，在金屬表面形成潤(rùn)滑膜，起潤(rùn)滑和減磨作用。是一種含硫、磷、氯的化合物。在高溫、高壓下分解。分解后的產(chǎn)物與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)、吸附性強(qiáng)的氯化鐵、硫化鐵薄膜。由于這些薄膜的熔點(diǎn)低，易熔化，且具有層狀結(jié)構(gòu)，因此在高壓力下仍然起潤(rùn)滑作用。油性劑極壓劑抗磨劑硫化棉子油，硫化鯨魚油等，形成保護(hù)膜，防止磨損。防銹劑常用