金屬塑性加工的摩擦與潤滑PPT課件

1、金屬塑性成形中的材料表面形貌金屬塑性成形中的材料表面形貌第1頁/共62頁（1）按產(chǎn)生摩擦的部位(外外)摩擦摩擦：發(fā)生在金屬和工具相接觸面間， 阻礙金屬自由流動的摩擦。 內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦：變形金屬內(nèi)晶界面上或晶內(nèi)滑移 面上產(chǎn)生的摩擦。金屬塑性成形中的摩擦分類金屬塑性成形中的摩擦分類第2頁/共62頁（2）按摩擦的運動狀態(tài)靜摩擦和動摩擦（3）按摩擦的運動形式滾動摩擦和滑動摩擦（4）按摩擦副的材質各種金屬材料之間、非金屬材料之間以及各種金屬材料與非金屬材料、金屬材料與彈性材料之間的摩擦等。第3頁/共62頁4.2 4.2 金屬塑性加工時摩擦的特點及作金屬塑性加工時摩擦的特點及作用用高壓下的摩擦較高溫度下的摩

2、擦伴隨著塑性變形的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質相差大塑性成形時摩擦的特點第4頁/共62頁外摩擦在壓力加工中的作用外摩擦在壓力加工中的作用 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量，加速模具磨損，降低工具壽命摩擦的不利方面第5頁/共62頁摩擦的利用增大摩擦，改善軋制過程咬入條件 摩擦應力促進金屬的變形發(fā)展 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 Conform連續(xù)擠壓法 開式模鍛時的飛邊第6頁/共62頁4.3 4.3 塑性加工中摩擦的分類及機塑性加工中摩擦的分類及機理理外摩擦的分類外摩擦的分類 干摩擦 流體摩擦邊界摩擦摩擦機理摩擦機

3、理 分子吸附說表面凸凹學說粘著理論第7頁/共62頁外摩擦的分類及機理外摩擦的分類及機理 1干摩擦 不存在任何外來介質時金屬與工具的接觸表面之間的摩擦第8頁/共62頁2流體摩擦 金屬與工具表面之間的潤滑層較厚，兩摩擦副在相互運動中不直接接觸，完全由潤滑油膜隔開，摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分子之間 。 第9頁/共62頁流體摩擦的特點 兩表面在相互運動中不產(chǎn)生直接接觸，摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分之間不同于干摩擦，摩擦力的大小與接觸面狀態(tài)無關，而取決于潤滑劑的性質（如粘度）、速度梯度等因素摩擦系數(shù)很小第10頁/共62頁3邊界摩擦 坯料與工具之間被一層厚度約為0.1m的極薄潤滑油膜分開時的摩擦狀態(tài)，介于干摩擦與流體摩

4、擦之間。第11頁/共62頁4混合摩擦 在摩擦表面上同時存在著流體摩擦、邊界摩擦和干摩擦的混合狀態(tài)下的摩擦。半干摩擦：干摩擦+ +邊界摩擦半流體摩擦：邊界摩擦+ +流體摩擦第12頁/共62頁表面凸凹學說分子吸附說 粘著理論 摩擦機理摩擦機理 第13頁/共62頁摩擦是由于接觸面上的凹凸形狀引起的。當凹凸不平的兩個表面相互接觸時，產(chǎn)生機械咬合，此時摩擦力表現(xiàn)為這些凸峰被剪切時的變形阻力。1.表面凸凹學說第14頁/共62頁摩擦產(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。2.分子吸附說第15頁/

5、共62頁當兩個表面接觸時，接觸面上某些接觸點處壓力很大，以致發(fā)生粘著或焊合，當兩表面產(chǎn)生相對運動時，粘著點即被切斷而產(chǎn)生滑移，摩擦過程就是粘著、切斷與滑移交替進行的過程，摩擦力是切斷金屬粘著所需要的切斷力。3.粘著理論第16頁/共62頁塑性加工時接觸表面摩擦力的計算塑性加工時接觸表面摩擦力的計算 1庫侖摩擦條件 不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動全滑動），認為摩擦符合庫侖定律。 （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)。NFN或第17頁/共62頁說明由于摩擦系數(shù)為常數(shù)(由實驗確定)，故又稱常摩擦系

6、數(shù)定律摩擦切應力不能隨 的增大而無限增大。當 時，接觸面將要產(chǎn)生塑性流動適用于三向壓應力不太顯著、變形量小的冷成形工序，如拉拔及其他潤滑效果較好的加工過程。Nmaxk第18頁/共62頁 當接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀態(tài)時，摩擦切應力（ ）等于變形金屬流動時的臨界切應力k，即： 2最大摩擦條件T塑性變形的流動應力，即屈服力反映中間主應力影響的系數(shù)2Tk第19頁/共62頁0.5 0.5770.50.5770.5TTTTMisesTresca按屈服條件，在軸對稱情況下，；在平面應變條件下，。按屈服條件，。熱變形時常采用最大摩擦力條件。說明第20頁/共62頁 認為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大

7、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： 3摩擦力不變條件m摩擦因子（0-1.0） 即相對于流動應力的摩擦系數(shù)m k第21頁/共62頁說明適用于摩擦系數(shù)低于最大值的三向壓應力顯著的塑性成形過程，如擠壓、變形量大的鐓粗、模鍛以及潤滑較困難的熱軋等變形。第22頁/共62頁4.4 4.4 摩擦系數(shù)及其影響因素摩擦系數(shù)及其影響因素庫侖摩擦條件用得比較普遍，因而討論影響其摩擦系數(shù)的主要因素。摩擦系數(shù)通常是指接觸面上的平均摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)隨金屬性質、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。第23頁/共62頁金屬的種類和化學成分金屬的種類和化學成分 金屬表面的硬度

8、、強度、吸附性、原子擴散能力、導熱性、氧化速度、氧化膜的性質以及與工具金屬分子之間相互結合力都與化學成分有關不同種類的金屬及不同化學成分的同一類金屬，摩擦系數(shù)不同粘附性較強的金屬通常具有較大的摩擦系數(shù)，如Pb、Al、Zn一般情況下，材料的硬度、強度越高，摩擦系數(shù)就越小。第24頁/共62頁一般說，隨著合金元素的增加，摩擦系數(shù)下降。對于黑色金屬，隨著碳的質量分數(shù)的增加，摩擦系數(shù)有所下降。金屬的種類和化學成分 第25頁/共62頁工具材料及其表面狀態(tài)工具材料及其表面狀態(tài) 工具材料：鑄鐵、鋼、淬火鋼、合金鋼、硬質合金、金屬陶瓷工具表面越光滑，即表面凹凸不平程度越輕，這時機械咬合效應就越弱，因而摩擦系數(shù)越

9、小。若接觸表面非常光滑，分子吸附作用增強，反而會引起摩擦系數(shù)增加，但這種情況在塑性成形中并不常見。工具表面粗糙度在各個方向不同時，各方向的摩擦系數(shù)亦不相同。第26頁/共62頁單位壓力較小時，摩擦系數(shù)與正壓力無關，保持不變；單位壓力增大到一定值后，摩擦系數(shù)隨其增大而上升，最終趨于穩(wěn)定。接觸面上的單位壓力接觸面上的單位壓力 第27頁/共62頁變形溫度較低時，摩擦系數(shù)隨變形溫度升高而增大，到某一溫度，達最大值，此后，隨變形溫度繼續(xù)升高而降低。變形溫度變形溫度 第28頁/共62頁純Al摩擦系數(shù)隨變形速度增加而有所下降。 變形速度變形速度 第29頁/共62頁潤滑劑潤滑劑 正確選用潤滑劑，可顯著降低摩擦系

10、數(shù)。查閱相關加工手冊（或實際測量）。 第30頁/共62頁4.5 4.5 測定摩擦系數(shù)的方法測定摩擦系數(shù)的方法夾鉗軋制法楔形件壓縮法圓環(huán)鐓粗法大都利用庫侖定律，即求相應正應力下的摩擦力，然后求出摩擦系數(shù)（平均）。 第31頁/共62頁夾鉗軋制法夾鉗軋制法基本原理：基本原理：利用縱軋時力的平衡條件來測定摩擦系數(shù)軋制軋制打滑打滑時力的平衡條件時力的平衡條件第32頁/共62頁夾鉗軋制法夾鉗軋制法2sin2cos22nnTPPtan22cos2nTP第33頁/共62頁夾鉗軋制法夾鉗軋制法2cossin22nnPPP(2) Pn2cos22cos2nnPPPP(1) T第34頁/共62頁夾鉗軋制法夾鉗軋制法

11、cos21 cosHhRRR(3)咬入角222 sin22RRHhR第35頁/共62頁xxxxPPTT楔形件壓縮法楔形件壓縮法sin2sin2cos2cos2xcxcxcxcPPblPPblTPblTPbl第36頁/共62頁sinsincoscos2222sincos122222ccccccccllllllll當很小時，楔形件壓縮法楔形件壓縮法第37頁/共62頁()2()ccccllll楔形件壓縮法楔形件壓縮法第38頁/共62頁圓環(huán)鐓粗法 將一定尺寸的圓環(huán)試樣（如外徑：內(nèi)徑：高將一定尺寸的圓環(huán)試樣（如外徑：內(nèi)徑：高40:20:1040:20:10或或20:10:720:10:7）放在平坫間進行

12、壓縮。）放在平坫間進行壓縮。第39頁/共62頁圓環(huán)鐓粗法 摩擦系數(shù)的標定曲線摩擦系數(shù)的標定曲線（理論校準曲線）：（理論校準曲線）： 利用塑性理論（上限法或應力分析法）對圓環(huán)變形進行分析，可求得不同摩擦系數(shù)、不同壓縮量下圓環(huán)內(nèi)徑的變化值第40頁/共62頁塑性加工常用摩擦系數(shù)塑性加工常用摩擦系數(shù) 熱鍛時的摩擦系數(shù)第41頁/共62頁磷化處理后冷鍛時的摩擦系數(shù)第42頁/共62頁拉深時的摩擦系數(shù)第43頁/共62頁熱擠壓時的摩擦系數(shù)(1)鋼熱擠壓（用玻璃做潤滑劑）時，(2)有色金屬熱擠壓時，摩擦系數(shù)見下表。0.025 0.050第44頁/共62頁熱軋時的摩擦系數(shù)(1)咬入時：(2)軋制過程中：0.3 0.

13、60.2 0.4第45頁/共62頁拉拔時的摩擦系數(shù)(1)拉拔低碳鋼：(2)拉拔銅及銅合金：(3)拉拔鋁及鋁合金：(4)拉拔黃銅絲：0.05 0.070.05 0.080.07 0.110.04 0.11第46頁/共62頁4.6 4.6 塑性加工的工藝潤滑塑性加工的工藝潤滑工藝潤滑的目的及潤滑機理 一. 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量降低金屬變形時的能耗第47頁/共62頁流體力學原理dddduTFyuvyvTFvt二. 潤滑機理第48頁/共62頁吸附機制第49頁/共62頁在鐵表面上硬脂酸組成的邊界潤滑膜潤滑劑的活性潤滑劑的活性活性：潤滑劑中的極性分子在摩擦表面形成結實的保

14、護層的能力。它決定潤滑劑的潤滑性能及與摩擦物體之間吸引力的大小第50頁/共62頁潤滑劑的物理性能指標潤滑劑的物理性能指標 (1) 粘度：指潤滑劑本身粘、稠的程度。它是衡量潤滑油流動阻力的參數(shù)。(2) 密度(3) 針入度 (4) 滴點(5) 閃點和著火點(6) 傾點和凝點第51頁/共62頁潤滑劑的化學性能指標潤滑劑的化學性能指標 (1) 酸值(2) 堿值(3) 氧化度(4) 抗污染性 (5) 耐熱穩(wěn)定性 (6) 抗氧化穩(wěn)定性(7) 防銹性(8) 防腐蝕性 第52頁/共62頁三、潤滑劑的選擇三、潤滑劑的選擇 1 1塑性成形中對潤滑劑的要求塑性成形中對潤滑劑的要求（1）良好的耐壓性能；（2）良好的耐

15、高溫性能；（3）有冷卻模具的作用；（4）對金屬和模具無腐蝕作用；（5）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53頁/共62頁2 2常用的潤滑劑常用的潤滑劑液體潤滑劑：礦物油、動植物油、乳液、有機化合物液等固體潤滑劑：石墨、二硫化鉬、肥皂、云母等液- -固型潤滑劑：石墨乳液、二硫化鉬油劑等熔體潤滑劑：玻璃第54頁/共62頁圖4-17 硬脂酸鈉乳化劑作用機理示意圖乳化劑第55頁/共62頁擠壓筒玻璃擠壓軸模子穿孔針圖4-18 熱擠壓時的玻璃潤滑玻璃第56頁/共62頁四. 潤滑劑中的添加劑添加劑的作用：1）提高潤滑劑的油性、極壓性；2）推遲潤滑劑的老化，延長其正常使用壽命3）改善潤滑劑的物理性能。第57頁/共62頁潤滑油中的添加劑，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。 四. 潤滑劑中的添加劑第58頁/共62頁表4-7 潤滑油中常用的添加劑及其添加量種 類作 用化合物名稱添加量1油性劑形成油膜，減少摩擦長鏈脂肪酸、