第四篇摩擦學(xué)

第四篇摩擦學(xué)第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第4章金屬塑性加工的摩擦與潤滑

§4.1概述§4.2金屬塑性加工時(shí)摩擦的特點(diǎn)及作用§4.3塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理§4.4摩擦系數(shù)及其影響因素§4.5測定摩擦系數(shù)的方法§4.6塑性加工的工藝潤滑

第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§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(jìn)行的，這時(shí)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(yán)重時(shí)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(shù)的開發(fā)能促進(jìn)金屬塑性加工的發(fā)展。隨著壓力加工新技術(shù)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3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§4.2金屬塑性加工時(shí)摩擦

的特點(diǎn)及作用塑性成形時(shí)摩擦的特點(diǎn)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)相差大在接觸面不斷更新，且各點(diǎn)的摩擦也不一樣第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三外摩擦在壓力加工中的作用

摩擦的不利方面改變物體應(yīng)力狀態(tài)，使變形力和能耗增加引起工件變形與應(yīng)力分布不均勻惡化工件表面質(zhì)量，加速模具磨損，降低工具壽命摩擦的利用例如，用增大摩擦改善咬入條件，強(qiáng)化軋制過程；增大沖頭與板片間的摩擦，強(qiáng)化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。

第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三Conform連續(xù)擠壓

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§4.3塑性加工中摩

擦的分類及機(jī)理外摩擦的分類

干摩擦流體摩擦邊界摩擦

摩擦機(jī)理

分子吸附說表面凸凹學(xué)說第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三塑性加工時(shí)接觸表面摩擦力的計(jì)算在計(jì)算金屬塑性加工時(shí)的摩擦力時(shí)，分下列三種情況考慮1．庫侖摩擦條件這時(shí)不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動），認(rèn)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(guān)；（2）摩擦力與滑動速度的大小無關(guān)；（3）靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

其數(shù)學(xué)表達(dá)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(yīng)力；

——接觸面上的摩擦切應(yīng)力。由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實(shí)驗(yàn)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9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2．最大摩擦條件當(dāng)接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀態(tài)時(shí)，單位摩擦力（）等于變形金屬流動時(shí)的臨界切應(yīng)力k，即：

=k

3．摩擦力不變條件認(rèn)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(dá)式為：

=m·k式中，m為摩擦因子

第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§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(xué)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11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩擦系數(shù)μ0.14圖4-6正壓力對摩擦系數(shù)的影響第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三0.50.40.30.20.10200400600800℃0.40.2μ0400600800℃圖4-7溫度對鋼的摩擦系數(shù)的影響圖4-8溫度對銅的摩擦系數(shù)的影響第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§4.5測定摩擦系數(shù)的方法夾鉗軋制法楔形件壓縮法前滑法圓環(huán)鐓粗法第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三此法簡單易做，也比較精確，可用來測定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。

夾鉗軋制法第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三此法的實(shí)質(zhì)可以認(rèn)為與軋制過程及一般的平錘下鐓粗相似，故可用來確定這兩種過程中的摩擦系數(shù)。此法應(yīng)用較方便，主要困難是在于較難準(zhǔn)確的確定中立面的位置及精確的測定有關(guān)數(shù)據(jù)。

楔形件壓縮法第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三前滑法Lh第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三此法較簡單，不需測定壓力，也不需制備特殊的工具和試件，即可測得摩擦系數(shù)。一般用于測定各種軋制條件下的摩擦系數(shù)和軋制工藝潤滑劑特性的評價(jià)，是目前較廣泛應(yīng)用的方法。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三圓環(huán)鐓粗法當(dāng)摩擦系數(shù)很小時(shí)，變形后的圓環(huán)內(nèi)外徑都增大；當(dāng)摩擦系數(shù)超過某一臨界值時(shí)，在圓環(huán)中就會出現(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，分流面以內(nèi)的金屬向內(nèi)流動。所以變形后的圓環(huán)其外徑增大，內(nèi)徑縮小。

第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三用上限法或應(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)系式。據(jù)此可繪制成如圖所示的理論校準(zhǔn)曲線。

材料潤滑劑15鋼磷化MoS2粉末×電解銅MoS2（糊劑）材料潤滑劑15鋼磷化MoS2粉末×電解銅MoS2（糊劑）

此法較簡單，不需測定壓力，也不需制備許多壓頭和試件，即可測得摩擦系數(shù)。一般用于測定各種溫度、速度條件下的摩擦系數(shù)，是目前較廣泛應(yīng)用的方法。但由于圓環(huán)試件在鐓粗時(shí)會出現(xiàn)鼓形。環(huán)孔出現(xiàn)橢圓形等，引起測量上的誤差，影響結(jié)果的精確性。

第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§4.6塑性加工的工藝潤滑

工藝潤滑的目的及潤滑機(jī)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(shí)的能耗

潤滑機(jī)理流體動力學(xué)原理吸附機(jī)制第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三潤滑劑的選擇

1．塑性成形中對潤滑劑的要求在選擇及配制潤滑劑時(shí)，必符合下列要求：（1）潤滑劑應(yīng)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）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤滑劑應(yīng)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(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；（6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價(jià)格便宜等。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2．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-固型潤滑劑熔體潤滑劑第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三潤滑劑中的添加劑

潤滑油中的添加劑，一般應(yīng)易溶于機(jī)油，熱穩(wěn)定性要好，且應(yīng)