1、金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 金屬塑性加工原理金屬塑性加工原理 山東建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010.5金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第四章第四章 金屬塑性成形中的摩擦金屬塑性成形中的摩擦了解了解金屬塑性加工時(shí)的摩擦的特點(diǎn)及作用，金屬塑性加工時(shí)的摩擦的特點(diǎn)及作用，了解了解塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理，塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理，掌握掌握摩擦摩擦系數(shù)系數(shù)及其影響因素，及其影響因素，掌握掌握測定摩擦系數(shù)的方法測定摩擦系數(shù)的方法了解主要的潤滑劑特點(diǎn)及分類了解主要的潤滑劑特點(diǎn)及分類掌握掌握塑性加工工藝塑性加工工藝中中的

2、的常見常見潤滑潤滑手段手段。本章知識點(diǎn)本章知識點(diǎn)：金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生摩擦動摩擦動摩擦靜摩擦靜摩擦在機(jī)械傳動與金屬成形中：在機(jī)械傳動與金屬成形中：第四章第四章 金屬塑性成形中的摩擦金屬塑性成形中的摩擦金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 金屬成形中的摩擦又可分為內(nèi)摩擦與外摩擦。金屬成形中的摩擦又可分為內(nèi)摩擦與外摩擦。內(nèi)摩擦：指變形金屬內(nèi)晶界面上或晶內(nèi)滑移面上產(chǎn)內(nèi)摩擦：指變形金屬內(nèi)晶界面上或晶內(nèi)滑移面上產(chǎn)生的摩擦。生的摩擦。外摩擦是指變形金屬與工具之間接觸

3、面上產(chǎn)生的摩外摩擦是指變形金屬與工具之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦。擦。外摩擦力簡稱為摩擦力。外摩擦力簡稱為摩擦力。單位接觸面上的摩擦力稱為摩擦切應(yīng)力，其方向與單位接觸面上的摩擦力稱為摩擦切應(yīng)力，其方向與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向相反，它阻礙金屬質(zhì)點(diǎn)的流動。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向相反，它阻礙金屬質(zhì)點(diǎn)的流動。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 摩擦的危害：摩擦的危害：使塑性加工所需的力、能增加使塑性加工所需的力、能增加模具磨損加劇，壽命下降，成本增加模具磨損加劇，壽命下降，成本增加使工件表面發(fā)生粘結(jié)、擦傷等現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量下降使工件表面發(fā)生粘結(jié)、擦傷等現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量下降引起不均勻變形，出現(xiàn)附加

4、應(yīng)力、殘余應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋引起不均勻變形，出現(xiàn)附加應(yīng)力、殘余應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 模鍛時(shí)，橋部摩擦阻力有利于充填型腔模鍛時(shí)，橋部摩擦阻力有利于充填型腔軋輥與坯料的摩擦使坯料易于咬入軋輥與坯料的摩擦使坯料易于咬入薄板拉延時(shí)，增加凸緣處的摩擦阻力可避免工件起皺薄板拉延時(shí)，增加凸緣處的摩擦阻力可避免工件起皺 在多數(shù)情況下，外摩擦是個(gè)不利因素，因此必須在多數(shù)情況下，外摩擦是個(gè)不利因素，因此必須在被加工金屬與工、模具之間加入潤滑物質(zhì)，以減小在被加工金屬與工、模具之間加入潤滑物質(zhì)，以減小摩擦，這就是潤滑。摩擦，這就是潤滑。摩擦的益處摩擦的益處金

5、屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 一、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)和影響 一、金屬塑性成形中摩擦的特點(diǎn) v伴隨有變形金屬的塑性流動伴隨有變形金屬的塑性流動v接觸面上接觸壓力高接觸面上接觸壓力高v實(shí)際接觸面積大實(shí)際接觸面積大v不斷有新的摩擦面產(chǎn)生不斷有新的摩擦面產(chǎn)生v常在高溫下產(chǎn)生摩擦常在高溫下產(chǎn)生摩擦以上特點(diǎn)決定了塑性成形過程中的摩擦比一般機(jī)械傳以上特點(diǎn)決定了塑性成形過程中的摩擦比一般機(jī)械傳動中的摩擦要復(fù)雜得多，潤滑要困難的多。動中的摩擦要復(fù)雜得多，潤滑要困難的多。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物

6、理基礎(chǔ) 二、摩擦對塑性成形過程的影響二、摩擦對塑性成形過程的影響 1、改變變形體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，增大變形抗力、改變變形體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，增大變形抗力例如單向壓縮：例如單向壓縮：sp|3無摩擦：無摩擦：sp|13有摩擦：有摩擦：s|312、引起不均勻變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力、引起不均勻變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 由于變形體內(nèi)各部位的由于變形體內(nèi)各部位的不均勻變形受到變形體整體不均勻變形受到變形體整體性的限制，各部位不能獨(dú)立性的限制，各部位不能獨(dú)立地改變自己的尺寸而不對相地改變自己的尺寸而不對相鄰部分發(fā)生影響，因而引起鄰部分發(fā)生影

7、響，因而引起其間相互平衡的內(nèi)力及相應(yīng)其間相互平衡的內(nèi)力及相應(yīng)的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為的應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為附加附加應(yīng)力應(yīng)力。 附加應(yīng)力是由變形不均勻所引起的相互平衡的內(nèi)附加應(yīng)力是由變形不均勻所引起的相互平衡的內(nèi)力，它是成對出現(xiàn)的力，它是成對出現(xiàn)的二、摩擦對塑性成形過程的影響二、摩擦對塑性成形過程的影響 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) v引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更不均引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更不均勻；勻；v使變形體塑性降低，甚至可能造成破壞；使變形體塑性降低，甚至可能造成破壞；v造成變形物體形狀的歪扭、形成殘余應(yīng)力等造成變形物體形

8、狀的歪扭、形成殘余應(yīng)力等 由于附加應(yīng)力是由變形不均勻引起，并對塑性成由于附加應(yīng)力是由變形不均勻引起，并對塑性成形帶來許多不良后果，因此避免附加應(yīng)力產(chǎn)生的根本途形帶來許多不良后果，因此避免附加應(yīng)力產(chǎn)生的根本途徑是要創(chuàng)造均勻變形的條件，例如降低模具的粗糙度和徑是要創(chuàng)造均勻變形的條件，例如降低模具的粗糙度和采用適當(dāng)?shù)臐櫥胧?，以減小接觸面的摩擦力等。采用適當(dāng)?shù)臐櫥胧?，以減小接觸面的摩擦力等。附加應(yīng)力的影響附加應(yīng)力的影響金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 當(dāng)卸載后，塑性變形不消失，應(yīng)變梯度不消失，仍相當(dāng)卸載后，塑性變形不消失，應(yīng)變梯度不消失，仍相互牽制，因此引起應(yīng)

9、力的外因去除后在變形物體內(nèi)仍保留下互牽制，因此引起應(yīng)力的外因去除后在變形物體內(nèi)仍保留下來的應(yīng)力稱為來的應(yīng)力稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的影響：殘余應(yīng)力的影響：v使制品的尺寸和形狀發(fā)生變化；、使制品的尺寸和形狀發(fā)生變化；、v縮短制品的壽命；縮短制品的壽命；v增大變形抗力；增大變形抗力；v降低金屬的塑性、沖擊韌度及抗疲勞強(qiáng)度等。降低金屬的塑性、沖擊韌度及抗疲勞強(qiáng)度等。 3、降低模具壽命、降低模具壽命殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力的影響金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第二節(jié)第二節(jié) 塑性成形中摩擦的分類及機(jī)理塑性成形中摩擦的分類及機(jī)理 一、阿蒙頓-庫侖定律 (經(jīng)典摩

10、擦理論經(jīng)典摩擦理論1） 1摩擦力的大小與接觸面上的法向載荷成正比摩擦力的大小與接觸面上的法向載荷成正比NT2摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)；摩擦力的大小與接觸面積無關(guān)；3摩擦力的大小與兩接觸面相對滑動速度無關(guān)；摩擦力的大小與兩接觸面相對滑動速度無關(guān)；4靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 其局限其局限:1當(dāng)摩擦表面非常光滑，兩相接觸表面分子力的作用當(dāng)摩擦表面非常光滑，兩相接觸表面分子力的作用增強(qiáng)時(shí)增強(qiáng)時(shí),摩擦力就會隨接觸面積的大小而變化；摩擦力就會隨接觸面積的大小而變化；2當(dāng)摩擦面承受很大壓力、使實(shí)際接觸面積按近

11、名義當(dāng)摩擦面承受很大壓力、使實(shí)際接觸面積按近名義接觸面積時(shí)接觸面積時(shí),會出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦，摩擦力與摩擦面間的會出現(xiàn)嚴(yán)重的摩擦，摩擦力與摩擦面間的法向載荷不成比例關(guān)系；法向載荷不成比例關(guān)系；3. 摩擦面是粘彈性材料時(shí)，靜摩擦系數(shù)不一定大于動摩擦面是粘彈性材料時(shí)，靜摩擦系數(shù)不一定大于動摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)。阿蒙頓-庫侖定律 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 二、塑性成形中摩擦的分類二、塑性成形中摩擦的分類1、干摩擦、干摩擦 當(dāng)變形金屬與工具之間的接觸當(dāng)變形金屬與工具之間的接觸表面上不存在任何外來的介質(zhì)，即表面上不存在任何外來的介質(zhì)，即直接接觸時(shí)所產(chǎn)生的摩擦稱為干摩

12、直接接觸時(shí)所產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦。擦。實(shí)踐中的干摩擦是指不加任何潤滑劑實(shí)踐中的干摩擦是指不加任何潤滑劑的摩擦。的摩擦。2、流體摩擦、流體摩擦 當(dāng)變形金屬與工具表面之間的當(dāng)變形金屬與工具表面之間的潤滑劑層較厚，兩表面完全被潤滑潤滑劑層較厚，兩表面完全被潤滑劑隔開，此時(shí)的潤滑狀態(tài)稱為流體劑隔開，此時(shí)的潤滑狀態(tài)稱為流體潤滑，這種狀態(tài)下的摩擦稱為流體潤滑，這種狀態(tài)下的摩擦稱為流體摩擦。摩擦。 流體摩擦的摩擦特征與所加潤滑刑的性質(zhì)流體摩擦的摩擦特征與所加潤滑刑的性質(zhì)(粘度粘度)和相對速度梯度有關(guān)，而與接觸表面的狀態(tài)無關(guān)。和相對速度梯度有關(guān)，而與接觸表面的狀態(tài)無關(guān)。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變

13、形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 3、邊界摩擦、邊界摩擦 接觸表面就處在被單分子膜接觸表面就處在被單分子膜隔開的狀態(tài)，這種單分子膜潤滑隔開的狀態(tài)，這種單分子膜潤滑的狀態(tài)稱為邊界潤滑，這種狀態(tài)的狀態(tài)稱為邊界潤滑，這種狀態(tài)下產(chǎn)生的摩擦稱為邊界摩擦。下產(chǎn)生的摩擦稱為邊界摩擦。大多數(shù)塑性成形中的摩擦屬于邊界摩擦。大多數(shù)塑性成形中的摩擦屬于邊界摩擦。4. 混合摩擦混合摩擦 干摩擦和邊界摩擦混合干摩擦和邊界摩擦混合半干摩擦半干摩擦 邊界摩擦和流體摩擦混合邊界摩擦和流體摩擦混合半流體摩擦半流體摩擦二、塑性成形中摩擦的分類二、塑性成形中摩擦的分類金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理

14、基礎(chǔ) 三、摩擦機(jī)理三、摩擦機(jī)理1、表面凹凸學(xué)說、表面凹凸學(xué)說 認(rèn)為摩擦是由于接觸面上的凹凸不平引起的，要使認(rèn)為摩擦是由于接觸面上的凹凸不平引起的，要使凸凹不平的接觸面在外力作用下產(chǎn)生相互運(yùn)動，就必須凸凹不平的接觸面在外力作用下產(chǎn)生相互運(yùn)動，就必須給以一定的能量，使相互咬合的凸牙部分被折斷或產(chǎn)生給以一定的能量，使相互咬合的凸牙部分被折斷或產(chǎn)生剪切變形，這就是所需克服的摩擦力。表面越粗糙，摩剪切變形，這就是所需克服的摩擦力。表面越粗糙，摩擦力越大。擦力越大。T與與N成正比，與面積無關(guān)。又稱成正比，與面積無關(guān)。又稱“凹凸理論凹凸理論”或或“機(jī)械理論機(jī)械理論”。 對一般對一般粗糙度表面粗糙度表面適用，

15、解釋適用，解釋不了特別光不了特別光滑表面摩擦滑表面摩擦力大的現(xiàn)象。力大的現(xiàn)象。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 2、分子吸附學(xué)說、分子吸附學(xué)說 認(rèn)為摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸表面上分子相互吸認(rèn)為摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸表面上分子相互吸引的結(jié)果。表面越光滑，距離越小，吸引力越大，摩擦引的結(jié)果。表面越光滑，距離越小，吸引力越大，摩擦力越大，摩擦力與接觸面積成正比。又稱力越大，摩擦力與接觸面積成正比。又稱“分子吸附理分子吸附理論論”或或“分子理論分子理論”。摩擦力的增加來源于兩接觸表面上的分子吸引力摩擦力的增加來源于兩接觸表面上的分子吸引力金屬塑性成形原理金屬塑性

16、成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 3、粘著理論、粘著理論 此種理論認(rèn)為，當(dāng)兩表面接觸時(shí)，在某些接觸點(diǎn)上此種理論認(rèn)為，當(dāng)兩表面接觸時(shí)，在某些接觸點(diǎn)上的單位壓力很大，以致這些點(diǎn)將發(fā)生粘著或焊合，當(dāng)?shù)膯挝粔毫艽螅灾逻@些點(diǎn)將發(fā)生粘著或焊合，當(dāng)兩表面發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，粘著點(diǎn)即被剪斷而產(chǎn)生相對兩表面發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，粘著點(diǎn)即被剪斷而產(chǎn)生相對滑動。滑動。T與與N不成正比。又稱不成正比。又稱“粘著學(xué)說粘著學(xué)說”。摩擦力是剪斷金屬粘著點(diǎn)所需要的剪切力。摩擦力是剪斷金屬粘著點(diǎn)所需要的剪切力。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第三節(jié)第三節(jié) 描述接觸面上摩擦力的數(shù)學(xué)

17、表達(dá)式描述接觸面上摩擦力的數(shù)學(xué)表達(dá)式一、庫侖摩擦條件一、庫侖摩擦條件不考慮接觸面上的粘著現(xiàn)象，認(rèn)為摩擦符合庫侖定律：不考慮接觸面上的粘著現(xiàn)象，認(rèn)為摩擦符合庫侖定律：nnPT 或T 摩擦力摩擦力Pn接觸面上的正壓力接觸面上的正壓力 摩擦切應(yīng)力摩擦切應(yīng)力n接觸面上的正壓應(yīng)力接觸面上的正壓應(yīng)力 外摩擦系數(shù)（摩擦系數(shù)）外摩擦系數(shù)（摩擦系數(shù)） 由實(shí)驗(yàn)確定。由實(shí)驗(yàn)確定。應(yīng)用庫侖摩擦條件時(shí)，除了應(yīng)用庫侖摩擦條件時(shí)，除了要知道摩擦系數(shù)外，還應(yīng)知要知道摩擦系數(shù)外，還應(yīng)知道接觸面上的正壓應(yīng)力分布。道接觸面上的正壓應(yīng)力分布。注意：注意： 不能無限制的隨不能無限制的隨n的增大而增大，當(dāng)?shù)脑龃蠖龃螅?dāng)= max=K時(shí)

18、，金屬將產(chǎn)生塑性時(shí)，金屬將產(chǎn)生塑性流動，此時(shí)流動，此時(shí)n=Y。YK)3121(577. 05 . 0因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核运缘臉O值：的極值：庫侖摩擦條件適合正壓力不庫侖摩擦條件適合正壓力不大，變形量較小的冷成形工大，變形量較小的冷成形工序。序。用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式定量表示摩擦力即為摩擦條件。用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式定量表示摩擦力即為摩擦條件。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 二、常摩擦力條件（一種假設(shè)）二、常摩擦力條件（一種假設(shè)）認(rèn)為：接觸面上的摩擦切應(yīng)力認(rèn)為：接觸面上的摩擦切應(yīng)力與被加工金屬的剪切屈服與被加工金屬的剪切屈服強(qiáng)度強(qiáng)度K成正比成正比即：即： =mKm摩擦

19、因子，摩擦因子，0m1當(dāng)當(dāng)m=1時(shí)，即時(shí)，即= max=K最大摩擦力條件。最大摩擦力條件。在熱塑性成形時(shí)，常采用最大摩擦力條件，在用上限在熱塑性成形時(shí)，常采用最大摩擦力條件，在用上限元法或有限元法分析時(shí)，一般采用常摩擦力條件。元法或有限元法分析時(shí)，一般采用常摩擦力條件。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第四節(jié)第四節(jié) 影響摩擦系數(shù)的主要因素影響摩擦系數(shù)的主要因素一、金屬的化學(xué)成分一、金屬的化學(xué)成分粘著性強(qiáng)的金屬摩擦系數(shù)大，如鉛、鋁、鋅等；粘著性強(qiáng)的金屬摩擦系數(shù)大，如鉛、鋁、鋅等；硬度、強(qiáng)度高的金屬摩擦系數(shù)??；硬度、強(qiáng)度高的金屬摩擦系數(shù)??；對黑色金屬而言，含碳

20、量高、合金元素含量高，摩擦對黑色金屬而言，含碳量高、合金元素含量高，摩擦系數(shù)小。系數(shù)小。塑性成形中的摩擦系數(shù)通常是指接觸面上的平均摩擦系數(shù)。塑性成形中的摩擦系數(shù)通常是指接觸面上的平均摩擦系數(shù)。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 二、工具表面狀態(tài)二、工具表面狀態(tài)工具表面越光滑，摩擦系數(shù)越小，但太光滑摩擦系工具表面越光滑，摩擦系數(shù)越小，但太光滑摩擦系數(shù)變大（吸附作用）數(shù)變大（吸附作用）金屬成形中一般不會出現(xiàn)；金屬成形中一般不會出現(xiàn)；工具表面粗糙度在各方向不同時(shí)，摩擦系數(shù)也不相工具表面粗糙度在各方向不同時(shí)，摩擦系數(shù)也不相同。順加工方向摩擦系數(shù)比垂直加工方向低同。順

21、加工方向摩擦系數(shù)比垂直加工方向低20%；坯料粗糙也會使摩擦系數(shù)增加。坯料粗糙也會使摩擦系數(shù)增加。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 三、接觸面上的單位壓力三、接觸面上的單位壓力單位壓力小，吸附作用單位壓力小，吸附作用不明顯，摩擦系數(shù)為常不明顯，摩擦系數(shù)為常數(shù)，與壓力無關(guān)；數(shù)，與壓力無關(guān)；單位壓力大，表面氧化單位壓力大，表面氧化膜被破壞，潤滑劑被擠膜被破壞，潤滑劑被擠掉，真實(shí)接觸面積增大，掉，真實(shí)接觸面積增大，吸附作用增強(qiáng)，摩擦系吸附作用增強(qiáng)，摩擦系數(shù)大。數(shù)大。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 四、變形溫度四、變形溫度變形

22、溫度的影響十分復(fù)雜變形溫度的影響十分復(fù)雜溫度較低，金屬強(qiáng)度、硬度大，氧化膜薄，質(zhì)地較硬，溫度較低，金屬強(qiáng)度、硬度大，氧化膜薄，質(zhì)地較硬，摩擦系數(shù)??；摩擦系數(shù)??；溫度升高，強(qiáng)度、硬度降低，氧化膜增厚，吸附作用溫度升高，強(qiáng)度、硬度降低，氧化膜增厚，吸附作用增強(qiáng)，潤滑劑性能變差，摩擦系數(shù)增大；增強(qiáng)，潤滑劑性能變差，摩擦系數(shù)增大；高溫下，氧化膜變軟或脫離金屬基體，在金屬與工、高溫下，氧化膜變軟或脫離金屬基體，在金屬與工、模具之間形成一隔絕層，起潤滑作用，摩擦系數(shù)下降。模具之間形成一隔絕層，起潤滑作用，摩擦系數(shù)下降。熱軋時(shí)溫度對碳鋼摩擦系數(shù)的影響熱軋時(shí)溫度對碳鋼摩擦系數(shù)的影響金屬塑性成形原理金屬塑性成形

23、原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 五、變形速度五、變形速度變形速度增加，摩擦系數(shù)下降變形速度增加，摩擦系數(shù)下降干摩擦干摩擦速度大，凹凸部分來不及嚙合，摩擦系數(shù)?。凰俣却?，凹凸部分來不及嚙合，摩擦系數(shù)?。?速度大，熱效應(yīng)明顯，接觸面上形成速度大，熱效應(yīng)明顯，接觸面上形成“熱點(diǎn)熱點(diǎn)”，金屬變軟；金屬變軟；原因：原因：邊界摩擦邊界摩擦速度大，潤滑油膜增厚，摩擦系數(shù)小。速度大，潤滑油膜增厚，摩擦系數(shù)小。純鋁軋制時(shí)軋制速度對摩擦系數(shù)的影響純鋁軋制時(shí)軋制速度對摩擦系數(shù)的影響金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 金屬塑性加工原理金屬塑性加工原理 山東建筑大學(xué)材料科

24、學(xué)與工程學(xué)院2010.5金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)將將204060,102040, 71020的圓環(huán)試樣在平砧間壓縮，觀察內(nèi)的圓環(huán)試樣在平砧間壓縮，觀察內(nèi)外徑的變化。外徑的變化。v摩擦系數(shù)很小或無摩擦?xí)r：則摩擦系數(shù)很小或無摩擦?xí)r：則圓環(huán)上每一質(zhì)點(diǎn)均沿徑向作輻射圓環(huán)上每一質(zhì)點(diǎn)均沿徑向作輻射狀向外流動，變形后內(nèi)外徑均擴(kuò)狀向外流動，變形后內(nèi)外徑均擴(kuò)大；大； 由于接觸面上的摩擦系數(shù)不同，由于接觸面上的摩擦系數(shù)不同，圓環(huán)的內(nèi)外徑在壓縮過程中將有著圓環(huán)的內(nèi)外徑在壓縮過程中將有著不同的變化。不同的變化。 v摩擦系數(shù)增加

25、到某一臨界值之后，摩擦系數(shù)增加到某一臨界值之后，靠近內(nèi)徑的金屬質(zhì)點(diǎn)向外流動的阻靠近內(nèi)徑的金屬質(zhì)點(diǎn)向外流動的阻力大于向內(nèi)流動的阻力，出現(xiàn)分流力大于向內(nèi)流動的阻力，出現(xiàn)分流面面(半徑半徑Rn）,內(nèi)徑變小。分流面半內(nèi)徑變小。分流面半徑徑 Rn 隨摩擦系數(shù)的增大而增大。隨摩擦系數(shù)的增大而增大。 第五節(jié)第五節(jié) 測定外摩擦系數(shù)的方法測定外摩擦系數(shù)的方法金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 將將 40 2010 的圓的圓環(huán)試樣在平砧間以不同環(huán)試樣在平砧間以不同的摩擦條件壓縮，觀察的摩擦條件壓縮，觀察內(nèi)外徑的變化。內(nèi)外徑的變化。圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)m=

26、0m=0.15m=0.3金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法測定摩擦系數(shù)金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第六節(jié)第六節(jié) 塑性成形中的潤滑塑性成形中的潤滑一、對潤滑劑的要求一、對潤滑劑的要求v良好的耐壓性能：高壓下潤滑膜仍能吸附在接觸面上；良好的耐壓性能：高壓下潤滑膜仍能吸附在接觸面上；v良好的耐熱性：高溫下不分解失效；良好的耐熱性：高溫下不分解失效；v有冷卻作用：防止模具過熱；有冷卻作用：防止模具過熱；v對工模具和金屬坯料無腐蝕作用；對工模具和金屬坯料無腐蝕作用；v無毒，無有害氣體，不污染

27、環(huán)境；無毒，無有害氣體，不污染環(huán)境；v使用、清理方便，來源豐富、價(jià)格便宜。使用、清理方便，來源豐富、價(jià)格便宜。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 二、常用潤滑劑二、常用潤滑劑1. 液體潤滑劑液體潤滑劑這是用量最大、品種最多的一類潤滑材料，包括這是用量最大、品種最多的一類潤滑材料，包括礦物油、合成油、動植物油和乳液等。礦物油、合成油、動植物油和乳液等。 液體潤滑劑有較寬的粘度范圍，對不同的負(fù)荷、液體潤滑劑有較寬的粘度范圍，對不同的負(fù)荷、速度和溫度條件下工作的運(yùn)動部件提供了較寬的選速度和溫度條件下工作的運(yùn)動部件提供了較寬的選擇余地。擇余地。 可提供低的、穩(wěn)定的摩

28、擦系數(shù)，能有效地從摩擦可提供低的、穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，能有效地從摩擦表面帶走熱量，保證相對運(yùn)動部件的尺寸穩(wěn)定和設(shè)表面帶走熱量，保證相對運(yùn)動部件的尺寸穩(wěn)定和設(shè)備精度備精度 多數(shù)是價(jià)格便宜多數(shù)是價(jià)格便宜 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 常把機(jī)油作配置潤滑油的基油，再加常把機(jī)油作配置潤滑油的基油，再加入各種添加劑以制成所需的潤滑油入各種添加劑以制成所需的潤滑油v礦物油：主要是機(jī)油礦物油：主要是機(jī)油優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好，不與金屬起化學(xué)作用，價(jià)格便宜，優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好，不與金屬起化學(xué)作用，價(jià)格便宜，來源充足來源充足缺點(diǎn)：形成穩(wěn)定潤滑膜的張力較差，摩擦系數(shù)大，著火缺點(diǎn)：

29、形成穩(wěn)定潤滑膜的張力較差，摩擦系數(shù)大，著火點(diǎn)低點(diǎn)低優(yōu)點(diǎn)：含有脂肪酸，與金屬能起化學(xué)作用，在金屬表面優(yōu)點(diǎn)：含有脂肪酸，與金屬能起化學(xué)作用，在金屬表面生成脂肪酸的潤滑膜，附著力強(qiáng)，潤滑性能好生成脂肪酸的潤滑膜，附著力強(qiáng)，潤滑性能好缺點(diǎn)：化學(xué)性能不穩(wěn)定，氧化安定性和熱穩(wěn)定性較差，缺點(diǎn)：化學(xué)性能不穩(wěn)定，氧化安定性和熱穩(wěn)定性較差，低溫性能也不夠好，因而長期貯存易變質(zhì)低溫性能也不夠好，因而長期貯存易變質(zhì)v動植物油：豬油、牛油、鯨油、蓖麻油、棕櫚油等動植物油：豬油、牛油、鯨油、蓖麻油、棕櫚油等1. 液體潤滑劑液體潤滑劑金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) v合成油：磷酸酯（

30、低溫潤滑劑）、硅酸鹽酯（高溫合成油：磷酸酯（低溫潤滑劑）、硅酸鹽酯（高溫潤滑劑）、氟化物（耐氧化潤滑劑）潤滑劑）、氟化物（耐氧化潤滑劑）優(yōu)點(diǎn)：除具有潤滑作用外，還對模具有較強(qiáng)的冷卻作用。優(yōu)點(diǎn)：除具有潤滑作用外，還對模具有較強(qiáng)的冷卻作用。v乳液：由礦油、乳化劑、石蠟、肥皂和水所組成的乳液：由礦油、乳化劑、石蠟、肥皂和水所組成的水包油或油包水的乳狀穩(wěn)定混合物。水包油或油包水的乳狀穩(wěn)定混合物。 塑性加工時(shí)，一般是根據(jù)加工條件選用不同粘塑性加工時(shí)，一般是根據(jù)加工條件選用不同粘度的潤滑劑。板料厚、變形程度大、加工速度低時(shí)，度的潤滑劑。板料厚、變形程度大、加工速度低時(shí)，用粘度較大的潤滑油；當(dāng)材料薄、加工速

31、度快時(shí)，用粘度較大的潤滑油；當(dāng)材料薄、加工速度快時(shí)，可選用粘度較小的稀油。可選用粘度較小的稀油。可以制成具有不同粘度的均相流體，多使用在條件比可以制成具有不同粘度的均相流體，多使用在條件比較苛刻的工況下，首先用于軍用，逐漸向民用推廣。較苛刻的工況下，首先用于軍用，逐漸向民用推廣。 1. 液體潤滑劑液體潤滑劑金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 2. 固體潤滑劑固體潤滑劑固體潤滑劑適用于高溫、大載荷以及不宜采用液體固體潤滑劑適用于高溫、大載荷以及不宜采用液體潤滑劑和潤滑脂的場合，如宇航設(shè)備及衛(wèi)生要求較高潤滑劑和潤滑脂的場合，如宇航設(shè)備及衛(wèi)生要求較高的機(jī)械設(shè)備中。

32、的機(jī)械設(shè)備中。 固體潤滑劑有無機(jī)化合物（石墨、二硫化鉬、硼砂固體潤滑劑有無機(jī)化合物（石墨、二硫化鉬、硼砂等）與有機(jī)化合物（金屬皂、動物脂等）等）與有機(jī)化合物（金屬皂、動物脂等）使用時(shí)常將潤滑劑粉末與膠粘劑混合起來應(yīng)用，也使用時(shí)常將潤滑劑粉末與膠粘劑混合起來應(yīng)用，也可與金屬或塑料等混合后制成自潤滑復(fù)合材料使用?？膳c金屬或塑料等混合后制成自潤滑復(fù)合材料使用。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) v石墨：石墨：=0.050.19 具有六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，同層原子間的結(jié)合力具有六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，同層原子間的結(jié)合力比層與層間的結(jié)合力大，因而層與層之間容易滑移。比層與層

33、間的結(jié)合力大，因而層與層之間容易滑移。 當(dāng)金屬坯料與工、模具間涂有石墨的兩接觸面發(fā)當(dāng)金屬坯料與工、模具間涂有石墨的兩接觸面發(fā)生摩擦?xí)r，事實(shí)上是石墨層與層之間的內(nèi)摩擦，起到生摩擦?xí)r，事實(shí)上是石墨層與層之間的內(nèi)摩擦，起到潤滑作用。潤滑作用。 石墨具有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，滑動速度對石墨具有良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性，滑動速度對它的摩擦特性影響很小，石墨的摩擦系數(shù)隨著壓力的它的摩擦特性影響很小，石墨的摩擦系數(shù)隨著壓力的增大而增大。增大而增大。石墨吸附氣體后，摩擦系數(shù)減小石墨吸附氣體后，摩擦系數(shù)減小v二硫化鉬：具有六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之二硫化鉬：具有六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間容易滑移，間容易滑

34、移，=0.120.152. 固體潤滑劑固體潤滑劑金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) v玻璃：用于熱擠鋼材和高溫合金玻璃：用于熱擠鋼材和高溫合金無明顯熔點(diǎn)，隨溫度升高逐漸軟化，包在坯料表面起無明顯熔點(diǎn)，隨溫度升高逐漸軟化，包在坯料表面起潤滑作用潤滑作用隨溫度升高，粘度變小，可根據(jù)加工溫度和所需的粘隨溫度升高，粘度變小，可根據(jù)加工溫度和所需的粘度選用不同成分玻璃度選用不同成分玻璃使用溫度使用溫度4502200成分穩(wěn)定，不起化學(xué)作用成分穩(wěn)定，不起化學(xué)作用=0.040.06加工后不易清理加工后不易清理v皂類（硬脂酸鋅、硬脂酸鈉、一般肥皂）：適合冷擠壓皂類（硬脂酸鋅、

35、硬脂酸鈉、一般肥皂）：適合冷擠壓鋁及合金鋁及合金v鹽類（硼砂、氧化鈉、碳酸鉀、磷酸鹽等）鹽類（硼砂、氧化鈉、碳酸鉀、磷酸鹽等）v塑料類（聚四氟乙烯等）塑料類（聚四氟乙烯等）2. 固體潤滑劑固體潤滑劑金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 種種 類類 作作 用用 化合物名稱化合物名稱 添加量添加量 1 油性劑油性劑 形成油膜，減小摩擦形成油膜，減小摩擦 長鏈脂肪酸，油酸長鏈脂肪酸，油酸 0.1%1% 2 極壓劑極壓劑 防止接觸表面粘合防止接觸表面粘合 有機(jī)硫化物，氯化有機(jī)硫化物，氯化物物 5%10% 3 抗磨劑抗磨劑 形成保護(hù)膜，防止磨損形成保護(hù)膜，防止磨損 磷酸

36、酯磷酸酯 5%10% 4 防銹劑防銹劑 防止?jié)櫥瑒┥P防止?jié)櫥瑒┥P 羧酸，酒精羧酸，酒精 0.1%1% 5 乳化劑乳化劑 使油乳化，穩(wěn)定乳液使油乳化，穩(wěn)定乳液 硫酸，磷酸酯硫酸，磷酸酯 3% 6 流動點(diǎn)流動點(diǎn)下降劑下降劑 防止低溫時(shí)油中石蠟固防止低溫時(shí)油中石蠟固化化 氯化石蠟氯化石蠟 0.1%1% 7 粘度劑粘度劑 提高潤滑油粘度提高潤滑油粘度 聚甲基丙烯酸等化聚甲基丙烯酸等化合物合物 2%10% 三、潤滑油中的添加劑三、潤滑油中的添加劑 為了提高潤滑油的潤滑、耐磨、防腐等性能，常為了提高潤滑油的潤滑、耐磨、防腐等性能，常在潤滑油中加入少量的活性物質(zhì)，這種活性物質(zhì)總稱在潤滑油中加入少量的活性

37、物質(zhì)，這種活性物質(zhì)總稱為添加劑。為添加劑。金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 四、塑性成形時(shí)的潤滑方法四、塑性成形時(shí)的潤滑方法v特種流體潤滑法特種流體潤滑法 特種流體潤滑法常用于線材拉拔，在模具入口處加特種流體潤滑法常用于線材拉拔，在模具入口處加一個(gè)套管，套管與坯料之間的間隙很小，并充滿潤滑液一個(gè)套管，套管與坯料之間的間隙很小，并充滿潤滑液體。當(dāng)坯料從套管中高速通過時(shí)，如模具的錐角合適且體。當(dāng)坯料從套管中高速通過時(shí)，如模具的錐角合適且表面光潔，坯料就可把潤滑劑帶入模具內(nèi)，金屬坯料與表面光潔，坯料就可把潤滑劑帶入模具內(nèi)，金屬坯料與模具之間就可得到流體潤滑膜。模

38、具之間就可得到流體潤滑膜。 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) v表面磷化皂化處理：表面磷化皂化處理：v表面鍍層表面鍍層 磷化處理即在坯料表面上用化學(xué)方法制成一層磷磷化處理即在坯料表面上用化學(xué)方法制成一層磷酸鹽或草酸鹽薄膜，這種薄膜呈多孔狀態(tài)，對潤滑劑酸鹽或草酸鹽薄膜，這種薄膜呈多孔狀態(tài)，對潤滑劑起吸附作用。起吸附作用。 磷化處理后的坯料須進(jìn)行潤滑處理，常用的有硬磷化處理后的坯料須進(jìn)行潤滑處理，常用的有硬脂酸鈉、肥皂等，故稱為皂化脂酸鈉、肥皂等，故稱為皂化。 當(dāng)當(dāng)p2000N/mm2,t300時(shí)，潤滑劑遭到破壞或時(shí)，潤滑劑遭到破壞或被擠出，失去潤滑作用，被擠出，失去潤滑作用， 磷化膜與表面結(jié)合很牢，有一定的塑性，磷化膜與表面結(jié)合很牢，有一定的塑性，能與坯料一起變形，但溫度升高時(shí)磷化膜能與坯料一起變形，但溫度升高時(shí)磷化膜會變質(zhì)，因此，磷化處理溫度不超過會變質(zhì)，因此，磷化處理溫度不超過300四、塑性成形時(shí)的潤滑方法四、塑性成形時(shí)的潤滑方法金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 金屬變形的物理基礎(chǔ)金屬變形的物理基礎(chǔ) 第五章第五章 塑性成形件質(zhì)量的定性分析塑性成形件質(zhì)量的定性分析影響模具壽命 塑性成形件質(zhì)量：塑性成形件質(zhì)量：影響零件的使用壽命影響零件的使用壽命塑性