金属塑性加工的摩擦与润滑
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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
式中
N 或
F——摩擦力；
N
——外摩擦系数；
N ——垂直于接触面正压力；
➢ 分子吸附说 分子吸附学说认为：摩擦产生的原因是由于接触面上分 子之间的相互吸引的结果。物体表面越光滑，实际接触面 积就越大，接触面间的距离也就越小，分子吸引力就越强， 因此，滑动摩擦力也就越大。
4.3.2 塑性加工时接触表面摩擦力的计算
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
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。
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。
4.摩擦机理
➢ 表面凸凹学说 所有经过机械加工的表面并非绝对平坦光滑，都有不同程 度的微观凸起和凹入。当凹凸不平的两个表面相互接触时， 产生机械咬合。当这两个相互接触的表面在外力的作用下 发生相对运动时，相互咬合的部分会被剪断，此时摩擦力 表现为这些凸峰被剪切时的变形阻力。
外摩擦的分类 ➢ 干摩擦 ➢ 流体摩擦 ➢ 边界摩擦
摩擦机理 ➢ 分子吸附说 ➢ 表面凸凹学说
4. 3. 1 外摩擦的分类及机理
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。
➢ 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
塑性成形时摩擦的特点 ➢ 在高压下产生的摩擦 ➢ 较高温度下的摩擦 ➢ 摩擦副（金属与工具）的性质相差大 ➢ 在接触面上各点的摩擦也不一样.
外摩擦在压力加工中的作用
§4.5 测定摩擦系数的方法
➢ 夹钳轧制法 ➢ 楔形件压缩法 ➢ 圆环镦粗法
1. 夹钳轧制法
T tg
2Pn cos 2
2
sin H h
k
简单易做，也比较精确，可用来测定冷、热态下的摩擦系数。
2. 楔形件压缩法
(L'c L"c ) 2
(L'c L"c )
与轧制过程及一般的平锤下镦粗相似，应用较方便，主要困难是在 于较难准确的确定中立面的位置及精确的测定有关数据。
2．金属塑性加工的摩擦分类及其机理如何？ 3．金属塑性加工的主要摩擦定律是什么？ 4．影响摩擦系数的主要因素有哪些？ 5．简述塑性加工接触摩擦系数的测定方法及原理。 6．简述塑性加工过程润滑的目的及机理。 7．简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则。 8．压力加工中所使用的润滑剂有哪几类？液体润滑剂中
分解，不变质； （3）润滑剂有冷却模具的作用； （4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用； （5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境； （6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。
2．常用的润滑剂 ➢ 液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等 ➢ 固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等 ➢ 液-固型润滑剂 ➢ 熔体润滑剂
摩擦的不利方面 ➢ 改变物体应力状态，使变形
力和能耗增加 ➢ 引起工件变形与应力分布不
均匀 ➢ 恶化工件表面质量，加速模
具磨损，降低工具寿命
摩擦的利用
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。
§4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理
的乳液为什么具有良好的润滑作用？
400
不同润滑剂的 值
无润滑
炭末
机油石墨
0. 37
0. 18
0. 29
0. 43
无润滑
汽缸油
+10%石墨
0. 25 胶体石墨
0. 31 精制石蜡 精制石蜡 +10%石墨
0. 48
0. 09
0. 10
0. 09
0. 16
➢磷化处理后冷锻时的摩擦系数
压力
（MPa） 无磷化膜
7
0.108
35
0.068
镁合金 0. 28
§4.6 塑性加工的工艺润滑
4. 6. 1 工艺润滑的目的及润滑机理
一. 润滑的目的: ➢ 减少工模具磨损，延长工具使用寿命 ➢ 提高制品质量 ➢ 降低金属变形时的能耗
二. 润滑机理:
➢ 流体力学原理 ✓ 所谓润滑剂的活性，就是润滑剂中的极性分子在摩
擦表面形成结实的保护层的能力。它决定润滑剂的 润滑性能及与摩擦物体之间吸引力的大小。当润滑 剂中有极性的物质存在时，会减少纯溶剂的表面张 力，而加强金属（工具与变形物体）与润滑剂分子 间的吸附力。
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 式中，m为摩擦因子
§4.4 摩擦系数及其影响因素
摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单位压力及 所采用润滑剂的种类与性能等而不同。其主要影响因素有：
1 .金属的种类和化学成分 2.工具材料及其表面状态 3. 接触面上的单位压力 4 .变形温度 5.变形速度 6 .润滑剂
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 §4. 2 §4. 3 §4. 4 §4. 5 §4. 6
概述 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 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
Baidu Nhomakorabea
§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。
✓ 所谓润滑剂的粘度，是指润滑剂本身粘、稠的程度。 它是衡量润滑油流动阻力的参数，
➢ 吸附机制
三、润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求 在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求： （1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍
能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态； （2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不
3. 圆环镦粗法
此法较简单，不需测定压力，也不 需制备许多压头和试件。可测定各 种温度、速度条件下的摩擦系数， 应用广泛。但由于圆环试件在镦粗 时会出现鼓形。环孔出现椭圆形等， 引起测量上的误差，影响结果的精 确性。
塑性加工常用摩擦系数 ➢热锻时的摩擦系数
材料 45 钢
锻铝
坯料温度 （℃） 1000 1200
四. 润滑剂中的添加剂 润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，热稳定性要好， 且应具有良好的物理化学性能。 常用的添加剂有油性剂、极压剂、抗磨剂和防锈剂等。
五. 润滑方法的改进 1．流体润滑 2．表面处理 （1）表面磷化处理 （2）表面氧化处理 （3）表面镀层
作业
1．金属塑性加工的接触摩擦有哪些主要特点？对加工过 程有何影响和作用？
杜拉铝
0.22
矿物油 0.15 0.25 0.15 0.16
油+石墨 0.08~0.10
0.15 0.10 0.08~0.10
➢热挤压时的摩擦系数
润滑
无润滑 石墨+油
铜 0. 25
值
黄铜
青铜
铝
铝合金
0. 18~0.27 0. 27~0.29
0.28
0.35
比上面相应数值降低 0. 030~0. 035
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
3．摩擦力不变条件
70
0.057
140
0.07
磷酸锌 0.013 0.032 0.043 0.043
值 磷酸锰 0.085 0.070 0.057 0.066
磷酸镉 0.034 0.069 0.055 0.055
➢拉深时的摩擦系数
材料
无润滑
08 钢 0.20~0.25
12Cr18Ni9Ti 0.30~0.35
铝
0.25
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
式中
N 或
F——摩擦力；
N
——外摩擦系数；
N ——垂直于接触面正压力；
➢ 分子吸附说 分子吸附学说认为：摩擦产生的原因是由于接触面上分 子之间的相互吸引的结果。物体表面越光滑，实际接触面 积就越大，接触面间的距离也就越小，分子吸引力就越强， 因此，滑动摩擦力也就越大。
4.3.2 塑性加工时接触表面摩擦力的计算
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
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。
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。
4.摩擦机理
➢ 表面凸凹学说 所有经过机械加工的表面并非绝对平坦光滑，都有不同程 度的微观凸起和凹入。当凹凸不平的两个表面相互接触时， 产生机械咬合。当这两个相互接触的表面在外力的作用下 发生相对运动时，相互咬合的部分会被剪断，此时摩擦力 表现为这些凸峰被剪切时的变形阻力。
外摩擦的分类 ➢ 干摩擦 ➢ 流体摩擦 ➢ 边界摩擦
摩擦机理 ➢ 分子吸附说 ➢ 表面凸凹学说
4. 3. 1 外摩擦的分类及机理
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。
➢ 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
塑性成形时摩擦的特点 ➢ 在高压下产生的摩擦 ➢ 较高温度下的摩擦 ➢ 摩擦副（金属与工具）的性质相差大 ➢ 在接触面上各点的摩擦也不一样.
外摩擦在压力加工中的作用
§4.5 测定摩擦系数的方法
➢ 夹钳轧制法 ➢ 楔形件压缩法 ➢ 圆环镦粗法
1. 夹钳轧制法
T tg
2Pn cos 2
2
sin H h
k
简单易做，也比较精确，可用来测定冷、热态下的摩擦系数。
2. 楔形件压缩法
(L'c L"c ) 2
(L'c L"c )
与轧制过程及一般的平锤下镦粗相似，应用较方便，主要困难是在 于较难准确的确定中立面的位置及精确的测定有关数据。
2．金属塑性加工的摩擦分类及其机理如何？ 3．金属塑性加工的主要摩擦定律是什么？ 4．影响摩擦系数的主要因素有哪些？ 5．简述塑性加工接触摩擦系数的测定方法及原理。 6．简述塑性加工过程润滑的目的及机理。 7．简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则。 8．压力加工中所使用的润滑剂有哪几类？液体润滑剂中
分解，不变质； （3）润滑剂有冷却模具的作用； （4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用； （5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境； （6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。
2．常用的润滑剂 ➢ 液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等 ➢ 固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等 ➢ 液-固型润滑剂 ➢ 熔体润滑剂
摩擦的不利方面 ➢ 改变物体应力状态，使变形
力和能耗增加 ➢ 引起工件变形与应力分布不
均匀 ➢ 恶化工件表面质量，加速模
具磨损，降低工具寿命
摩擦的利用
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。
§4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理
的乳液为什么具有良好的润滑作用？
400
不同润滑剂的 值
无润滑
炭末
机油石墨
0. 37
0. 18
0. 29
0. 43
无润滑
汽缸油
+10%石墨
0. 25 胶体石墨
0. 31 精制石蜡 精制石蜡 +10%石墨
0. 48
0. 09
0. 10
0. 09
0. 16
➢磷化处理后冷锻时的摩擦系数
压力
（MPa） 无磷化膜
7
0.108
35
0.068
镁合金 0. 28
§4.6 塑性加工的工艺润滑
4. 6. 1 工艺润滑的目的及润滑机理
一. 润滑的目的: ➢ 减少工模具磨损，延长工具使用寿命 ➢ 提高制品质量 ➢ 降低金属变形时的能耗
二. 润滑机理:
➢ 流体力学原理 ✓ 所谓润滑剂的活性，就是润滑剂中的极性分子在摩
擦表面形成结实的保护层的能力。它决定润滑剂的 润滑性能及与摩擦物体之间吸引力的大小。当润滑 剂中有极性的物质存在时，会减少纯溶剂的表面张 力，而加强金属（工具与变形物体）与润滑剂分子 间的吸附力。
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 式中，m为摩擦因子
§4.4 摩擦系数及其影响因素
摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单位压力及 所采用润滑剂的种类与性能等而不同。其主要影响因素有：
1 .金属的种类和化学成分 2.工具材料及其表面状态 3. 接触面上的单位压力 4 .变形温度 5.变形速度 6 .润滑剂
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 §4. 2 §4. 3 §4. 4 §4. 5 §4. 6
概述 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 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
Baidu Nhomakorabea
§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。
✓ 所谓润滑剂的粘度，是指润滑剂本身粘、稠的程度。 它是衡量润滑油流动阻力的参数，
➢ 吸附机制
三、润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求 在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求： （1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍
能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态； （2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不
3. 圆环镦粗法
此法较简单，不需测定压力，也不 需制备许多压头和试件。可测定各 种温度、速度条件下的摩擦系数， 应用广泛。但由于圆环试件在镦粗 时会出现鼓形。环孔出现椭圆形等， 引起测量上的误差，影响结果的精 确性。
塑性加工常用摩擦系数 ➢热锻时的摩擦系数
材料 45 钢
锻铝
坯料温度 （℃） 1000 1200
四. 润滑剂中的添加剂 润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，热稳定性要好， 且应具有良好的物理化学性能。 常用的添加剂有油性剂、极压剂、抗磨剂和防锈剂等。
五. 润滑方法的改进 1．流体润滑 2．表面处理 （1）表面磷化处理 （2）表面氧化处理 （3）表面镀层
作业
1．金属塑性加工的接触摩擦有哪些主要特点？对加工过 程有何影响和作用？
杜拉铝
0.22
矿物油 0.15 0.25 0.15 0.16
油+石墨 0.08~0.10
0.15 0.10 0.08~0.10
➢热挤压时的摩擦系数
润滑
无润滑 石墨+油
铜 0. 25
值
黄铜
青铜
铝
铝合金
0. 18~0.27 0. 27~0.29
0.28
0.35
比上面相应数值降低 0. 030~0. 035
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
3．摩擦力不变条件
70
0.057
140
0.07
磷酸锌 0.013 0.032 0.043 0.043
值 磷酸锰 0.085 0.070 0.057 0.066
磷酸镉 0.034 0.069 0.055 0.055
➢拉深时的摩擦系数
材料
无润滑
08 钢 0.20~0.25
12Cr18Ni9Ti 0.30~0.35
铝
0.25