第四篇摩擦學

第四篇摩擦學第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金屬塑性加工時摩擦的特點及作用§4.3塑性加工中摩擦的分類及機理§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行的，這時必然產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3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三§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生的摩擦較高溫度下的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質相差大在接觸面不斷更新，且各點的摩擦也不一樣第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。

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7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三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8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三

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9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三2．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、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，星期三此法的實質可以認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)。

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，是目前較廣泛應用的方法。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三圓環(huán)鐓粗法當摩擦系數(shù)很小時，變形后的圓環(huán)內外徑都增大；當摩擦系數(shù)超過某一臨界值時，在圓環(huán)中就會出現(xiàn)一個以Rn為半徑的分流面。分流面以外的金屬向外流動，分流面以內的金屬向內流動。所以變形后的圓環(huán)其外徑增大，內徑縮小。

第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期三用上限法或應力分析法可求出分流面半徑Rn、摩擦系數(shù)和圓環(huán)尺寸的理論關系式。據(jù)此可繪制成如圖所示的理論校準曲線。

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)，是目前較廣泛應用的方法。但由于圓環(huán)試件在鐓粗時會出現(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量降低金屬變形時的能耗

潤滑機理流體動力學原理吸附機制第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，必符合下列要求：（1）潤滑劑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）潤滑劑應有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應不分解，不變質；（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）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。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，一般應易溶于機油，熱穩(wěn)定性要好，且應