金屬塑性加工原理

金屬塑性加工原理第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日§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(chǎn)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(chǎn)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題。第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4.2金屬塑性加工時摩擦

的特點及作用塑性成形時摩擦的特點在高壓下產(chǎn)生的摩擦較高溫度下的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大在接觸面上各點的摩擦也不一樣1000℃熱壓100～150MPa，冷壓500～2500MPa第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日外摩擦在壓力加工中的作用

摩擦的不利方面改變物體應力狀態(tài)，使變形力和能耗增加引起工件變形與應力分布不均勻惡化工件表面質(zhì)量，加速模具磨損，降低工具壽命第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日外摩擦在壓力加工中的作用

摩擦的利用例如，用增大摩擦改善咬入條件，強化軋制過程；增大沖頭與板片間的摩擦，強化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。

α咬入條件f>tgα第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4.3塑性加工中摩擦的分類及機理外摩擦的分類

干摩擦流體摩擦邊界摩擦

摩擦機理

分子吸附說表面凸凹學說第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日4.3.1外摩擦的分類及機理

干摩擦

干摩擦是指不存任何外來介質(zhì)時金屬與工具的接觸表面之間的摩擦。但在實際生產(chǎn)中，這種絕對理想的干摩擦是不存在的。因為金屬塑性加工過程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些氣體和灰塵等其它介質(zhì)。但通常說的干摩擦指的是不加潤滑劑的摩擦狀態(tài)。第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日流體摩擦

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4-3），摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分子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)生作用。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日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。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日表面凸凹學說

所有經(jīng)過機械加工的表面并非絕對平坦光滑，都有不同程度的微觀凸起和凹入。當凹凸不平的兩個表面相互接觸時，產(chǎn)生機械咬合。當這兩個相互接觸的表面在外力的作用下發(fā)生相對運動時，相互咬合的部分會被剪斷，此時摩擦力表現(xiàn)為這些凸峰被剪切時的變形阻力。4.摩擦機理

第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日分子吸附說分子吸附學說認為：摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸面上分子之間的相互吸引的結(jié)果。物體表面越光滑，實際接觸面積就越大，接觸面間的距離也就越小，分子吸引力就越強，因此，滑動摩擦力也就越大。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日塑性加工時接觸表面摩擦力的計算在計算金屬塑性加工時的摩擦力時，分下列三種情況考慮1．庫侖摩擦條件這時不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動），認為摩擦符合庫侖定律。其內(nèi)容如下：（1）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；（2）摩擦力與滑動速度的大小無關；（3）靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日

其數(shù)學表達式為：或式中F——摩擦力；

——外摩擦系數(shù)；N——垂直于接觸面正壓力；

——接觸面上的正應力；

——接觸面上的摩擦切應力。由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實驗確定），故又稱常摩擦系數(shù)定律。對于像拉拔及其他潤滑效果較好的加工過程，此定律較適用。第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．最大摩擦條件當接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀態(tài)時，單位摩擦力（）等于變形金屬流動時的臨界切應力k，即：=k

3．摩擦力不變條件認為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大小而變。其單位摩擦力是常數(shù)，即常摩擦力定律，其表達式為：=m·k式中，m為摩擦因子

第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4.4摩擦系數(shù)及其影響因素

摩擦系數(shù)隨金屬性質(zhì)、工藝條件、表面狀態(tài)、單位壓力及所采用潤滑劑的種類與性能等而不同。其主要影響因素有：1.金屬的種類和化學成分2.工具材料及其表面狀態(tài)3.接觸面上的單位壓力4.變形溫度5.變形速度6.潤滑劑第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日

1.金屬的種類和化學成分摩擦系數(shù)隨著不同的金屬、不同的化學成分而異。由于金屬表面的硬度、強度、吸附性、擴散能力、導熱性、氧化速度、氧化膜的性質(zhì)以及金屬間的相互結(jié)合力等都與化學成分有關，因此不同種類的金屬，摩擦系數(shù)不同。用光潔的鋼壓頭在常溫下對不同材料進行壓縮時測得摩擦系數(shù)：軟鋼為0.17，鋁為0.18，黃銅為0.10，電解銅為0.17。第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日化學成分變化時，摩擦系數(shù)也不同。如鋼中的碳含量增加時，摩擦系數(shù)會減小。一般說。隨著合金元素的增加，摩擦系數(shù)下降。

材料的強度、硬度越高，摩擦系數(shù)就越小。因而，凡是能提高材料強度、硬度的化學成分都可以使摩擦系數(shù)減小。第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日2.工具材料及其表面狀態(tài)第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日圖4-6正壓力對摩擦系數(shù)的影響3.接觸面上的單位壓力第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日4.變形溫度

溫度較低時，金屬的硬度大，氧化膜薄，摩擦系數(shù)小。隨著溫度升高，金屬硬度降低，氧化膜增厚，表面吸附力、原子擴散能力加強；同時，高溫使?jié)櫥瑒┬阅茏儔?，所以，摩擦系?shù)增大。當溫度繼續(xù)升高，由于氧化質(zhì)軟化和脫落，氧化質(zhì)在接觸表面間起潤滑劑的作用，摩擦系數(shù)反而減小。第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日變形速度的增加引起摩擦系數(shù)下降的原因，與摩擦狀態(tài)有關。在于摩擦時，變形速度增加。表面凹凸不平部分來不及相互咬合，表現(xiàn)出摩擦系數(shù)的下降。在邊界潤滑條件下，由于變形速度增加，油膜厚度增大，導致摩擦系數(shù)下降。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4.5測定摩擦系數(shù)的方法夾鉗軋制法楔形件壓縮法塑性加工常用摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日夾鉗軋制法簡單易做，也比較精確，可用來測定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。

RhH-==aa&sin第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日楔形件壓縮法與軋制過程及一般的平錘下鐓粗相似，應用較方便，主要困難是在于較難準確的確定中立面的位置及精確的測定有關數(shù)據(jù)。

第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日塑性加工常用摩擦系數(shù)熱鍛時的摩擦系數(shù)磷化處理后冷鍛的摩擦系數(shù)拉深時的摩擦系數(shù)熱擠壓時的摩擦系數(shù)第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4.6塑性加工的工藝潤滑

工藝潤滑的目的及潤滑機理

潤滑的目的減少工模具磨損，延長工具使用壽命提高制品質(zhì)量降低金屬變形時的能耗

潤滑機理流體力學原理吸附機制第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日潤滑劑的選擇

1．塑性成形中對潤滑劑的要求在選擇及配制潤滑劑時，必符合下列要求：（1）應有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；（2）有良好耐高溫性能，熱加工時不分解不變質(zhì)；（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤滑劑不應對金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤滑劑應對人體無毒，不污染環(huán)境；（6）使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．常用的潤滑劑液體潤滑劑包括礦物油、動植物油、乳液等固體潤滑劑包括石墨、二硫化鉬、肥皂等液-固型潤滑劑包括二硫化鉬油劑等熔體潤滑劑包括玻璃、瀝青、石蠟等第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日潤滑劑中的添加劑

目的：為了提高潤滑劑的耐磨、潤滑和防腐等性能，需在潤滑油中加入少量的活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)稱為添加劑。要求：一般應易溶于機油，熱穩(wěn)定性要好，且應具有良好的物理化學性能，常用的添加劑有油性劑、極壓劑、抗磨劑和防銹劑等。第三十頁，共三十一頁，202