第四章金属塑性加工的摩擦与润滑 教学内容:本章讨论金属塑性加工时的摩擦的特点及作用,分析了塑性加工中摩 擦的分类及机理,简述了摩擦系数及其影响因素,讲解了测定摩擦系数的方法和 塑性加工的工艺润滑。 教学重点:塑性加工中摩擦的分类及机理,摩擦系数及其影响因素,测定摩擦系 数的方法,塑性加工的工艺润滑。 教学难点:塑性加工中摩擦的分类及机理,影响摩擦系数的因素和测定摩擦系数 的方法。 教学方法:课堂教学为主,结合多媒体教学。 教学要求:重点掌握塑性加工中摩擦的分类及机理,摩擦系数及其影响因素,测 定摩擦系数的方法和塑性加工的工艺润滑 4.1概述 金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进行的,这时必然产生阻止 金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间,阻碍金属流动的摩擦,称 外摩擦。由于摩擦的作用,工具产生磨损,工件被擦伤;金属变形力、能增加造 成金属变形不均;严重时使工件出现裂纹,还要定期更换工具。因此,塑性加工 中,须加以润滑。 润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力加工新技术新材料新 工艺的出现,必将要求人们解决新的润滑问题 4.2金属塑性加工时摩擦的特点及作用 4.2.1塑性成形时摩擦的特点 塑性成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比,有下列特点:
4-1 第四章 金属塑性加工的摩擦与润滑 教学内容：本章讨论金属塑性加工时的摩擦的特点及作用，分析了塑性加工中摩 擦的分类及机理，简述了摩擦系数及其影响因素，讲解了测定摩擦系数的方法和 塑性加工的工艺润滑。 教学重点：塑性加工中摩擦的分类及机理，摩擦系数及其影响因素，测定摩擦系 数的方法，塑性加工的工艺润滑。 教学难点：塑性加工中摩擦的分类及机理，影响摩擦系数的因素和测定摩擦系数 的方法。 教学方法：课堂教学为主，结合多媒体教学。 教学要求：重点掌握塑性加工中摩擦的分类及机理，摩擦系数及其影响因素，测 定摩擦系数的方法和塑性加工的工艺润滑。 4．1 概 述 金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进行的，这时必然产生阻止 金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金属流动的摩擦，称 外摩擦。由于摩擦的作用，工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、能增加造 成金属变形不均；严重时使工件出现裂纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工 中，须加以润滑。 润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力加工新技术新材料新 工艺的出现，必将要求人们解决新的润滑问题。 4．2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 4. 2. 1 塑性成形时摩擦的特点 塑性成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比，有下列特点：
(1)在高压下产生的摩擦。塑性成形时接触表面上的单位压力很大,一般 热加工时面压力为100150MPa,冷加工时可高达500~2500MPa。但是,机器轴承 中,接触面压通常只有20~50MPa,如此高的面压使润滑剂难以带入或易从变形 区挤出,使润滑困难及润滑方法特殊。 (2)较高温度下的摩擦。塑性加工时界面温度条件例恶劣。对于热加工, 根据金属不同,温度在数百度至一千多度之间,对于冷加工,则由于变形热效应、 表面摩擦热,温度可达到颇高的程度。高温下的金属材料,除了内部组织和性能 变化外,金属表面要发生氧化,给摩擦润滑带来很大影响 (3)伴随着塑性变形而产生的摩擦,在塑性变形过程中由于髙压下变形, 会不断增加新的接触表面,使工具与金属之间的接触条件不断改变。接触面上各 处的塑性流动情况不同,有的滑动,有的粘着,有的快,有的慢,因而在接触面 上各点的摩擦也不一样。 (4)摩擦副(金属与工具)的性质相差大,一般工具都硬且要求在使用时不产 生塑性变形;而金属不但比工具柔软得多,且希望有较大的塑性变形。二者的性 质与作用差异如此之大,因而使变形时摩擦情况也很特殊 4.2.2外摩擦在压力加工中的作用 塑性加工中的外摩擦,大多数情况是有害的,但在某些情况下,亦可为我所 用 摩擦的不利方面: (1)改变物体应力状态,使变形力和能耗增加。以平锤锻造圆柱体试样为 例(图4-1),当无摩擦时,为单向压应力状态,即σ3=σ,而有摩擦时,则 呈现三向应力状态,即O3=阳+n。0。为主变形力,σ1为摩擦力引起的。若 接触面间摩擦越大,则σ越大,即静水压力愈大,所需变形力也随之增大,从 而消耗的变形功増加。一般情况下,摩擦的加大可使负荷増加30%
4-2 （1）在高压下产生的摩擦。塑性成形时接触表面上的单位压力很大，一般 热加工时面压力为 100~150MPa，冷加工时可高达 500~2500MPa。但是，机器轴承 中，接触面压通常只有 20~50MPa，如此高的面压使润滑剂难以带入或易从变形 区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊。 （2）较高温度下的摩擦。塑性加工时界面温度条件例恶劣。对于热加工， 根据金属不同，温度在数百度至一千多度之间，对于冷加工，则由于变形热效应、 表面摩擦热，温度可达到颇高的程度。高温下的金属材料，除了内部组织和性能 变化外，金属表面要发生氧化，给摩擦润滑带来很大影响。 （3）伴随着塑性变形而产生的摩擦，在塑性变形过程中由于高压下变形， 会不断增加新的接触表面，使工具与金属之间的接触条件不断改变。接触面上各 处的塑性流动情况不同，有的滑动，有的粘着，有的快，有的慢，因而在接触面 上各点的摩擦也不一样。 （4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大，一般工具都硬且要求在使用时不产 生塑性变形；而金属不但比工具柔软得多，且希望有较大的塑性变形。二者的性 质与作用差异如此之大，因而使变形时摩擦情况也很特殊 4. 2. 2 外摩擦在压力加工中的作用 塑性加工中的外摩擦，大多数情况是有害的，但在某些情况下，亦可为我所 用。 摩擦的不利方面： （1）改变物体应力状态，使变形力和能耗增加。以平锤锻造圆柱体试样为 例（图 4-1），当无摩擦时，为单向压应力状态，即 3 = s ，而有摩擦时，则 呈现三向应力状态，即 3 = s + 1 。 3 为主变形力， 1 为摩擦力引起的。若 接触面间摩擦越大，则 1 越大，即静水压力愈大，所需变形力也随之增大，从 而消耗的变形功增加。一般情况下，摩擦的加大可使负荷增加 30%
3 Il II I 2 图4-1压时摩擦力对应力及变形分布的影响 (2)引起工件变形与应力分布不均匀。塑性成形时,因接触摩擦的作用使金属质点的流动受到阻碍,此种 阻力在接触面的中部特别强,边缘部分的作用较弱,这将引起金属的不均匀变形。如图4-1中平塑压圆柱 体试样时,接触面受摩擦影响大,远离接触面处受摩擦影响小,最后工件变为鼓形。此外,外摩擦使接触 面单位压力分布不均匀,由边缘至中心压力逐渐升高。变形和应力的不均匀,直接影响制品的性能,降低 主产成品率。 (3)恶化工件表面质量,加速模具磨损,降低工具寿命。塑性成形时接触 面间的相对滑动加速工具磨损;因摩擦热更增加工具磨损;变形与应力的不均匀 亦会加速工具磨损。此外,金属粘结工具的现象,不仅缩短了工具寿命,增加了 生产成本,而且也降低制品的表面质量与尺寸精度。 摩擦的利用 亦可利用摩擦变害为利。例如,用增大摩擦改善咬入条件,强化轧制过程 增大冲头与板片间的摩擦,强化工艺,减少起皱和撕裂等造成的废品。 近年来,在深入硏究接触摩擦规律,寻找有效润滑剂和润滑方法来减少摩擦 有害影响的同时,积极开展了有效利用摩擦的研究。即通过强制改变和控制工具 与变形金属接触滑移运动的特点,使摩擦应力能促进金属的变形发展。作为例子, 下面介绍一种有效利用摩擦的方法。 4-3
4-3 （2）引起工件变形与应力分布不均匀。塑性成形时，因接触摩擦的作用使金属质点的流动受到阻碍，此种 阻力在接触面的中部特别强，边缘部分的作用较弱，这将引起金属的不均匀变形。如图 4-1 中平塑压圆柱 体试样时，接触面受摩擦影响大，远离接触面处受摩擦影响小，最后工件变为鼓形。此外，外摩擦使接触 面单位压力分布不均匀，由边缘至中心压力逐渐升高。变形和应力的不均匀，直接影响制品的性能，降低 生产成品率。 （3）恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命。塑性成形时接触 面间的相对滑动加速工具磨损；因摩擦热更增加工具磨损；变形与应力的不均匀 亦会加速工具磨损。此外，金属粘结工具的现象，不仅缩短了工具寿命，增加了 生产成本，而且也降低制品的表面质量与尺寸精度。 摩擦的利用： 亦可利用摩擦变害为利。例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧制过程； 增大冲头与板片间的摩擦，强化工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。 近年来，在深入研究接触摩擦规律，寻找有效润滑剂和润滑方法来减少摩擦 有害影响的同时，积极开展了有效利用摩擦的研究。即通过强制改变和控制工具 与变形金属接触滑移运动的特点，使摩擦应力能促进金属的变形发展。作为例子， 下面介绍一种有效利用摩擦的方法
Conform连续挤压法的基本原理如图4-2所示。 当从挤压型腔的入口端连续喂入挤压坯料时,由于它的三面是向前运动的可动 边,在摩擦力的作用下,轮槽咬着坯料,并牵引着金属向模孔移动,当夹持长度 足够长时,摩擦力的作用足以在模孔附近,产生高达1000y/m2的挤压应力,和 高达400~500℃的温度,使金属从模孔流出。可见 Conform连续挤压原理上十分 巧妙地利用挤压轮槽壁与坯料之间的杋械摩擦作为挤压力。同时,由于摩擦热和 变形热的共同作用,可使铜、铝材挤压前无需预热,直接喂入冷坯(或粉末粒) 而挤压出热态制品,这比常规挤压节省3/4左右的热电费用。此外因设置紧凑、 轻型、占地小以及坯料适应性强,材料成材率高达90%以上。所以,目前广泛用 于生产中小型铝及铝合金管、棒、线、型材生产上。 4.3塑性加工中摩擦的分类及机理 4.3.1外摩擦的分类及机理 塑性成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦三种,分 述如下 1.干摩擦 干摩擦是指不存任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦(图4-3 所示)。但在实际生产中,这种绝对理想的干摩擦是不存在的。因为金属塑性加 工过程中,其表面多少存在氧化膜,或吸附一些气体和灰尘等其它介质。但通常 说的干摩擦指的是不加润滑剂的摩擦状态。 2.流体摩擦 当金属与工具表面之间的润滑层较厚,摩擦副在相互运动中不直接接触,完 全由润滑油膜隔开(图4-3),摩擦发生在流体内部分子之间者称为流体摩擦。 它不同于干摩擦,摩擦力的大小与接触面的表面状态无关,而是与流体的粘度 速度梯度等因素有关。因而流体摩擦的摩擦系数是很小的。塑性加工中接触面上 压力和温度较髙,使润滑剂常易挤出或被烧掉,所以流体摩擦只在有条件的情况 下发生和作用
4-4 Conform 连续挤压法的基本原理如图 4-2 所示。 当从挤压型腔的入口端连续喂入挤压坯料时，由于它的三面是向前运动的可动 边，在摩擦力的作用下，轮槽咬着坯料，并牵引着金属向模孔移动，当夹持长度 足够长时，摩擦力的作用足以在模孔附近，产生高达 1000N/mm2的挤压应力，和 高达 400~500℃的温度，使金属从模孔流出。可见 Conform 连续挤压原理上十分 巧妙地利用挤压轮槽壁与坯料之间的机械摩擦作为挤压力。同时，由于摩擦热和 变形热的共同作用，可使铜、铝材挤压前无需预热，直接喂入冷坯（或粉末粒） 而挤压出热态制品，这比常规挤压节省 3/4 左右的热电费用。此外因设置紧凑、 轻型、占地小以及坯料适应性强，材料成材率高达 90%以上。所以，目前广泛用 于生产中小型铝及铝合金管、棒、线、型材生产上。 4. 3 塑性加工中摩擦的分类及机理 4. 3. 1 外摩擦的分类及机理 塑性成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦三种，分 述如下： 1．干摩擦 干摩擦是指不存任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦（图 4-3 所示）。但在实际生产中，这种绝对理想的干摩擦是不存在的。因为金属塑性加 工过程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些气体和灰尘等其它介质。但通常 说的干摩擦指的是不加润滑剂的摩擦状态。 2．流体摩擦 当金属与工具表面之间的润滑层较厚，摩擦副在相互运动中不直接接触，完 全由润滑油膜隔开（图 4-3），摩擦发生在流体内部分子之间者称为流体摩擦。 它不同于干摩擦，摩擦力的大小与接触面的表面状态无关，而是与流体的粘度、 速度梯度等因素有关。因而流体摩擦的摩擦系数是很小的。塑性加工中接触面上 压力和温度较高，使润滑剂常易挤出或被烧掉，所以流体摩擦只在有条件的情况 下发生和作用
挤压轮 堵头 挤压模 被工具弄平的半微观润池粘性液体润 区城接触比R〕 坯杆 挤压制品 工具了 工件 粘着 被粘着层 由于工具表面的 压轮封块挤压 刨着的面积不平而包着的面积 nfom连燮挤压原理图 图43工具与工件界面的示意图 3.边界摩擦 这是一种介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态,称为边界摩擦(图4-4)。 边界润滑膜湖滑剂,A 氧化膜 图44接觖面的放大换型图 S一粘着部分b—边界摩擦部分L一流体润滑部分 在实际生产中,由于摩擦条件比较恶劣,理想的流体润滑状态较难实现。此外, 在塑性加工中,无论是工具表面,还是坯料表面,都不可能是“洁净”的表面, 总是处于介质包围之中,总是有一层敷膜吸附在表面上,这种敷膜可以是自然污 染膜,油性吸附形成的金属膜,物理吸附形成的边界膜,润滑剂形成的化学反应 膜等。因此理想的干摩擦不可能存在。实际上常常是上述三种摩擦共存的混合摩 擦。它既可以是半干摩擦又可以是半流体摩擦。半干摩擦是边界摩擦与干摩擦的 混合状态。当接触面间存在少量的润滑剂或其他介质时,就会出现这种摩擦。半 流体摩擦是流体摩擦与边界摩擦的混合状态。当接触表面间有一层润滑剂,在变 形中个别部位会发生相互接触的干摩擦
4-5 3．边界摩擦 这是一种介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态，称为边界摩擦（图 4-4）。 在实际生产中，由于摩擦条件比较恶劣，理想的流体润滑状态较难实现。此外， 在塑性加工中，无论是工具表面，还是坯料表面，都不可能是“洁净”的表面， 总是处于介质包围之中，总是有一层敷膜吸附在表面上，这种敷膜可以是自然污 染膜，油性吸附形成的金属膜，物理吸附形成的边界膜，润滑剂形成的化学反应 膜等。因此理想的干摩擦不可能存在。实际上常常是上述三种摩擦共存的混合摩 擦。它既可以是半干摩擦又可以是半流体摩擦。半干摩擦是边界摩擦与干摩擦的 混合状态。当接触面间存在少量的润滑剂或其他介质时，就会出现这种摩擦。半 流体摩擦是流体摩擦与边界摩擦的混合状态。当接触表面间有一层润滑剂，在变 形中个别部位会发生相互接触的干摩擦。 L
4.3.2塑性加工时接触表面摩擦力的计算 根据以上观点,在计算金属塑性加工时的摩擦力时,分下列三种情况考虑 库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象(即全滑动),认为摩擦符合库仑定律。其 内容如下: (1)摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例,与摩擦表面的大小无 关; (2)摩擦力与滑动速度的大小无关 (3)静摩擦系数大于动摩擦系数 其数学表达式为: 或 T=AO 式中P一摩擦力 外摩擦系数 №一垂直于接触面正压力; ax一一接触面上的正应力 r一一接触面上的摩擦切应力 由于摩擦系数为常数(由实验确定),故又称常摩擦系数定律。对于像拉拔 及其他润滑效果较好的加工过程,此定律较适用。 2.最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动,完全处于粘合状态时,单位摩擦力(ˉ)等于变 形金属流动时的临界切应力k,即:
4-6 4. 3. 2 塑性加工时接触表面摩擦力的计算 根据以上观点，在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列三种情况考虑。 1．库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认为摩擦符合库仑定律。其 内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，与摩擦表面的大小无 关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 其数学表达式为： F = N 或 N = （4. 1） 式中 F——摩擦力； ——外摩擦系数； N——垂直于接触面正压力； N ——接触面上的正应力； ——接触面上的摩擦切应力。 由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称常摩擦系数定律。对于像拉拔 及其他润滑效果较好的加工过程，此定律较适用。 2．最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状态时，单位摩擦力（ ）等于变 形金属流动时的临界切应力 k，即：
k (4.2) 根据塑性条件,在轴对称情况下,k=0.5σr,在平面变形条件下,k=0.5770r。 式中σr为该变形温度或变形速度条件下材料的真实应力,在热变形时,常采用 最大摩擦力条件。 3.摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力,不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数,即 常摩擦力定律,其表达式为 式中,m为摩擦因子。(01.0) 对照(4.2)式与(4.3)式,当m=1.0时,两个摩擦条件是一致的。对于 面压较高的挤压、变形量大的镦粗、模锻以及润滑较困难的热轧等变形过程中, 由于金属的剪切流动主要出现在次表层内,I=s,故摩擦应力与相应条件下变 形金属的性能有关。 在实际金属塑性加工过程中,接触面上的摩擦规律,除与接触表面的状态(粗糙 度、润滑剂)、材料的性质与变形条件等有关外,还与变形区几何因子密切相关 在某些条件下同一接触面上存在常摩擦系数区与常摩擦力区的混合摩擦状态。这 时求解变形力、能有关方程的边界条件是十分重要的 4.4摩擦系数及其影响因素 4.4.1金属的种类和化学成分 摩擦系数随着不同的金属、不同的化学成分而异。由于金属表面的硬度、强 度、吸附性、扩散能力、导热性、氧化速度、氧化膜的性质以及金属间的相互结 合力等都与化学成分有关,因此不同种类的金属,摩擦系数不同。例如,用光洁 的钢压头在常温下对不同材料进行压缩时测得摩擦系数:软钢为0.17;铝为 0.18;α黄铜为0.10,电解铜为0.17,既使同种材料,化学成分变化时,摩擦
4-7 = k （4. 2） 根据塑性条件，在轴对称情况下，k=0.5 T ，在平面变形条件下，k=0.577 T 。 式中 T 为该变形温度或变形速度条件下材料的真实应力，在热变形时，常采用 最大摩擦力条件。 3．摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力 是常数，即 常摩擦力定律，其表达式为： =m·k （4. 3） 式中，m 为摩擦因子。（0~1.0） 对照（4. 2）式与（4. 3）式，当 m=1.0 时，两个摩擦条件是一致的。对于 面压较高的挤压、变形量大的镦粗、模锻以及润滑较困难的热轧等变形过程中， 由于金属的剪切流动主要出现在次表层内， = s，故摩擦应力与相应条件下变 形金属的性能有关。 在实际金属塑性加工过程中，接触面上的摩擦规律，除与接触表面的状态（粗糙 度、润滑剂）、材料的性质与变形条件等有关外，还与变形区几何因子密切相关。 在某些条件下同一接触面上存在常摩擦系数区与常摩擦力区的混合摩擦状态。这 时求解变形力、能有关方程的边界条件是十分重要的。 4. 4 摩擦系数及其影响因素 4. 4. 1 金属的种类和化学成分 摩擦系数随着不同的金属、不同的化学成分而异。由于金属表面的硬度、强 度、吸附性、扩散能力、导热性、氧化速度、氧化膜的性质以及金属间的相互结 合力等都与化学成分有关，因此不同种类的金属，摩擦系数不同。例如，用光洁 的钢压头在常温下对不同材料进行压缩时测得摩擦系数：软钢为 0. 17；铝为 0.18； 黄铜为 0.10，电解铜为 0.17，既使同种材料，化学成分变化时，摩擦
系数也不同。如钢中的碳含量增加时,摩擦系数会减小(图4-5所示)。一般说, 随着合金元素的增加,摩擦系数下降。 粘附性较强的金属通常具有较大的摩擦系数,如铅、铝、锌等。材料的硬度、强 度越高,摩擦系数就越小。因而凡是能提髙材料硬度、强度的化学成分都可使摩 擦系数减小。 00c1℃ae 101.2 含碳量%C 图45钢中碳含量对摩擦系懿的影响 4.4.2工具材料及其表面状态 工具选用铸铁材料时的摩擦系数,比选用钢时摩擦系数可低15%~20%,而淬 火钢的摩擦系数与铸铁的摩擦系数相近。硬质合金轧辊的摩擦系数较合金钢轧辊 摩擦系数可降低10%~20%,而金属陶瓷轧辊的摩擦系数比硬质合金辊也同样可降 低10~20% 工具的表面状态视工具表面的精度及机加工方法的不同,摩擦系数可能在 0.05~0.5范围内变化。一般来说,工具表面光洁度越高,摩擦系数越小。但如 果两个接触面光洁度都非常高,由于分子吸附作用增强,反使摩擦系数增大 4.4.3接触面上的单位压力 单位压力较小时,表面分子吸附作用不明显,摩擦系数与正压力无关,摩擦 系数可认为是常数。当单位压力增加到一定数值后,润滑剂被挤掉或表面膜破坏
4-8 系数也不同。如钢中的碳含量增加时，摩擦系数会减小（图 4-5 所示）。一般说， 随着合金元素的增加，摩擦系数下降。 粘附性较强的金属通常具有较大的摩擦系数，如铅、铝、锌等。材料的硬度、强 度越高，摩擦系数就越小。因而凡是能提高材料硬度、强度的化学成分都可使摩 擦系数减小。 4. 4. 2 工具材料及其表面状态 工具选用铸铁材料时的摩擦系数，比选用钢时摩擦系数可低 15%~20%，而淬 火钢的摩擦系数与铸铁的摩擦系数相近。硬质合金轧辊的摩擦系数较合金钢轧辊 摩擦系数可降低 10%~20%，而金属陶瓷轧辊的摩擦系数比硬质合金辊也同样可降 低 10~20%。 工具的表面状态视工具表面的精度及机加工方法的不同，摩擦系数可能在 0.05~0.5 范围内变化。一般来说，工具表面光洁度越高，摩擦系数越小。但如 果两个接触面光洁度都非常高，由于分子吸附作用增强，反使摩擦系数增大。 4. 4. 3 接触面上的单位压力 单位压力较小时，表面分子吸附作用不明显，摩擦系数与正压力无关，摩擦 系数可认为是常数。当单位压力增加到一定数值后，润滑剂被挤掉或表面膜破坏
这不但增加了真实接触面积,而且使分子吸附作用增强,从而使摩擦系数随压力 增加而增加,但增加到一定程度后趋于稳定,如图4-6所示。 哇田 0.07 006时 0.01 2006001000140018002200 图4-6正压力对摩擦系数的影响 4.4.4变形温度 变形温度对摩擦系数的影响很复杂。因为温度变化时,材料的温度、硬度及 接触面上的氧化质的性能都会发生变化,可能产生两个相反的结果:一方面随着 温度的增加,可加剧表面的氧化而增加摩擦系数:另一方面,随着温度的提髙, 被变形金属的强度降低,单位压力也降低,这又导致摩擦系数的减小,所以,变 形温度是影响摩擦系数变化因素中,最积极、最活泼的一个,很难一概而论。此 外还可出现其他情况,如温度升高,润滑效果可能发生变化;温度髙达某值后, 表面氧化物可能熔化而从固相变为液相,致使摩擦系数降低。但是,根据大量实 验资料与生产实际观察,认为开始时摩擦系数随温度升髙而増加,达到最大值以 后又随温度升高而降低,如图4-7与图4-8所示。这是因为温度较低时,金属的 硬度大,氧化膜薄,摩擦系数小。随着温度升髙,金属硬度降低,氧化膜增厚, 表面吸附力,原子扩散能力加强:同时,高温使润滑剂性能变坏,所以,摩擦系 数增大。当温度继续升髙,由于氧化质软化和脱落,氧化质在接触表面间起润滑 剂的作用,摩擦系数反而减小
4-9 这不但增加了真实接触面积，而且使分子吸附作用增强，从而使摩擦系数随压力 增加而增加，但增加到一定程度后趋于稳定，如图 4-6 所示。 4. 4. 4 变形温度 变形温度对摩擦系数的影响很复杂。因为温度变化时，材料的温度、硬度及 接触面上的氧化质的性能都会发生变化，可能产生两个相反的结果：一方面随着 温度的增加，可加剧表面的氧化而增加摩擦系数；另一方面，随着温度的提高， 被变形金属的强度降低，单位压力也降低，这又导致摩擦系数的减小，所以，变 形温度是影响摩擦系数变化因素中，最积极、最活泼的一个，很难一概而论。此 外还可出现其他情况，如温度升高，润滑效果可能发生变化；温度高达某值后， 表面氧化物可能熔化而从固相变为液相，致使摩擦系数降低。但是，根据大量实 验资料与生产实际观察，认为开始时摩擦系数随温度升高而增加，达到最大值以 后又随温度升高而降低，如图 4-7 与图 4-8 所示。这是因为温度较低时，金属的 硬度大，氧化膜薄，摩擦系数小。随着温度升高，金属硬度降低，氧化膜增厚， 表面吸附力，原子扩散能力加强；同时，高温使润滑剂性能变坏，所以，摩擦系 数增大。当温度继续升高，由于氧化质软化和脱落，氧化质在接触表面间起润滑 剂的作用，摩擦系数反而减小。 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 200 600 1000 1400 1800 2200N/mm2 0.14 图 4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.2 200400600 800 图4-7温度对钢的摩擦系数的影响 图4-8温度对铜的摩擦系数 的影响 4.4.5变形速度 许多实验结果表明,随着变形速度增加,摩擦系数下降,例如用粗磨锤头压 缩硬铝试验提出:400℃静压缩=032:动压缩时=022;在450℃时相应为 0.38及0.22。实验也测得,当轧制速度由0增加到5m/s时,摩擦系数降低一半 变形速度增加引起摩擦系数下降的原因,与摩擦状态有关。在干摩擦时,变 形速度增加,表面凹凸不平部分来不及相互咬合,表现出摩擦系数的下降。在边 界润滑条件下,由于变形速度増加,油膜厚度增大,导致摩擦系数下降,如图 4-9所示。但是,变形速度与变形温度密切相关,并影响润滑剂的曳入效果。因 此,实际生产中,随着条件的不同,变形速度对摩擦系数的影响也很复杂。有时 会得到相反的结果。 4.4.6润滑剂 压力加工中采用润滑剂能起到防粘减摩以及减少工模具磨损的作用,而不同 润滑剂所起的效果不同。因此,正确选用润滑剂,可显著降低摩擦系数。常用金 属及合金在不同加工条件下的摩擦系数可查有关加工手册(或实际测量)
4-10 图 4-7 温度对钢的摩擦系数的影响 图 4-8 温度对铜的摩擦系数 的影响 4. 4. 5 变形速度 许多实验结果表明，随着变形速度增加，摩擦系数下降，例如用粗磨锤头压 缩硬铝试验提出：400℃静压缩 =0.32 ：动压缩时 =0.22 ；在 450℃时相应为 0.38 及 0.22。实验也测得，当轧制速度由 0 增加到 5m/s 时，摩擦系数降低一半。 变形速度增加引起摩擦系数下降的原因，与摩擦状态有关。在干摩擦时，变 形速度增加，表面凹凸不平部分来不及相互咬合，表现出摩擦系数的下降。在边 界润滑条件下，由于变形速度增加，油膜厚度增大，导致摩擦系数下降，如图 4-9 所示。但是，变形速度与变形温度密切相关，并影响润滑剂的曳入效果。因 此，实际生产中，随着条件的不同，变形速度对摩擦系数的影响也很复杂。有时 会得到相反的结果。 4. 4. 6 润滑剂 压力加工中采用润滑剂能起到防粘减摩以及减少工模具磨损的作用，而不同 润滑剂所起的效果不同。因此，正确选用润滑剂，可显著降低摩擦系数。常用金 属及合金在不同加工条件下的摩擦系数可查有关加工手册（或实际测量）。 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 200 400 600 800 ℃ 0.4 0.2 μ 0 400 600 800 ℃