4 金属塑性成形中的摩擦
金属塑性成形中的摩擦
三、边界摩擦 1.边界摩擦：介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦 边界摩擦： 边界摩擦 状态。 状态。 2.机理 机理 当坯料与工、模具间存在润滑物质时， 当坯料与工、模具间存在润滑物质时，随着 接触表面上压力的增加，坯料表面的部分“凸峰” 接触表面上压力的增加，坯料表面的部分“凸峰” 被压平，润滑剂或形成一层薄膜残留在接触面间， 被压平，润滑剂或形成一层薄膜残留在接触面间， 或被挤入附近“凹谷” 或被挤入附近“凹谷”，这时在挤去润滑剂的部 分出现金属间的接触，即发生粘着现象。 分出现金属间的接触，即发生粘着现象。 这时的摩擦力就是剪断表面粘着部分的剪切 抗力与边界膜分子间抗剪力之和。 抗力与边界膜分子间抗剪力之和。 在生产中，这三种摩擦状态不是截然分开的， 在生产中，这三种摩擦状态不是截然分开的，常 常会出现混摩擦状态。 常会出现混摩擦状态。
8.3 摩擦系数及其影响因素 一、摩擦系数 金属塑性成形中的摩擦系数， 金属塑性成形中的摩擦系数，通常是指工具与坯料接 触表面上的平均摩擦系数。 触表面上的平均摩擦系数。 根据库仑定律，摩擦系数可表达如下： 根据库仑定律，摩擦系数可表达如下：
T τ µ= = N σN 式中
或
τ = µσ N
τ − − 接触表面上的剪应力（ 摩擦应力） 接触表面上的剪应力（ 摩擦应力） σ N − 接触表面上的正压应力
二、流体摩擦 1.流体摩擦：被加工金属与工模具之间被润滑油 流体摩擦： 流体摩擦 膜所隔开时的摩擦。 膜所隔开时的摩擦。 2.机理 机理 润滑油膜将两摩擦面完全隔开， 润滑油膜将两摩擦面完全隔开，使得两摩擦面在 相互运动中不产生直接接触， 相互运动中不产生直接接触，摩擦发生在流体内 部分子之间。摩擦力的大小取决于流体的粘度、 部分子之间。摩擦力的大小取决于流体的粘度、 速度梯度等因素，因而流体摩擦的摩擦系数很小。 速度梯度等因素，因而流体摩擦的摩擦系数很小。
金属塑性加工的摩擦与润滑
=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
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
§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 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。
的乳液为什么具有良好的润滑作用？
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？
金属塑性成形原理---第四章 金属塑性成形中的摩擦_
4.6 塑性成形中的润滑
润滑是减少摩擦对塑性成形过程不良影响的最有效 措施。润滑的目的是：
1. 降低接触面间的摩擦力； 2. 提高模具寿命； 3. 提高产品质量； 4. 降低变形抗力； 5. 提高金属充满模膛的能力
一·塑性成形中对对润滑剂的要求 1. 良好的耐压性能 2. 良好的耐热性能 3. 冷却模具 4. 无腐蚀作用 5. 无毒 6. 使用、清理方便、来源丰富、价格便宜
金属塑性成形原理---第四章 中摩擦的分类和机理
一·塑性成形中摩擦的分类 干摩擦、边界摩擦、流体摩擦
二 摩擦机理
1 ．表面凹凸学说 2 ．分子吸附学说 3 ．粘着理论
4.3 描述接触表面上摩擦力的数学表达式
一．库伦摩擦条件
不考虑接触面上的粘贴现象，以为摩擦符合库伦 定律，即摩擦力与接触面上的正压力成正比，其数 学表达式为
二·塑性成形中常用的润滑剂
三·润滑剂中的添加剂
四·塑性成形时的润滑方法
拉拔时流体强制润滑
4.7不同塑性成形条件下的摩擦系数
见课本157页表
金属质点向中心方向流动，该面以外的金属
质点向外流动，变形后使圆环内径缩小，外 径扩大，而且，分流面半径 Rn 随摩擦系数 的增大而增大。
摩擦系数很小或为零时对金属 流动的影像动态图
摩擦系数大于某临界值时对金属 流动的影像动态图
在圆环镦粗试验之前，必须根据
圆环原始尺寸和变形后可能达到 的尺寸，利用圆环镦粗变形理论 公式（求中性层位置），绘制出 镦粗后圆环高度 h 和内径 di 与 接触面摩擦因子 m 的关系曲线， 即为理论校准曲线。
❖在热塑性变形时常采用该模型
4.4 影响摩擦系数的主要因素
一．金属的种类和化学成分
4金属塑形加工中的摩擦与润滑
4 金属塑性加工中的摩擦与润滑4.1金属塑性加工中摩擦的特点与作用一、塑性加工中摩擦的特点1.与机械摩擦相比特点如下:(1)工具与工件接触面上的单位压力大。
(2)接触表面不断更新和扩大。
(3)接触表面温度较高。
(4)作为摩擦对的工具与工件性质差别大。
2.塑性加工中的摩擦作用摩擦引起的不良后果如下：（1）引起变形和能耗增加。
（2）摩擦引起变形不均匀及许多不良后果。
（3）引起工具磨损，缩短工具寿命，降低产品表面质量和尺寸精度，工具消耗也大。
某些情况下，摩擦也起着有益作用：例如：轧制时增加摩擦可改善轧辊咬入轧件的条件以增大每道压下量。
4.2摩擦理论金属塑性加工中的摩擦一般都属于滑动摩擦。
可分为三种基本类型：干摩擦、液体摩擦和边界摩擦。
一、干摩擦理论1.干摩擦定义：指工件与工具接触面间没有任何其它介质和薄膜，仅是其金属与金属之间的摩擦。
2.干摩擦理论：机械摩擦理论、粘着摩擦理论和分子机械摩擦理论。
（1）机械摩擦理论此理论指出，在其它条件相同时，摩擦对的接触面上摩擦力与正压力成正比，即：T=f N=fσnF H或T/F H=τf=fσn式中T，N——分别为摩擦力和正压力；τf，σn——分别为单位摩擦力（或称摩擦应力）和正应力；f，F H——分别为摩擦系数和宏观接触面积。
（2）粘着摩擦理论T=Fzτ b式中Fz——粘着点处的实际剪切面积；τb——较软金属的剪切强度。
（3）分子—机械摩擦理论此理论认为摩擦是即要克服摩擦对的分子相互作用力，又要克服机械变形阻力的混合过程，即T=αFzβN或f=αFz/N+β式中α，β——分别是与表面分子特性和机械特性有关的参数。
二、液体摩擦理论1.液体摩擦定义：工具与工件的接触面间被润滑油完全隔开，两表面的相对滑动阻力只与液体的性质和速度梯度有关，而与接触面状态无关时，这种摩擦称为液体摩擦。
2.液体动压润滑理论（1）液体摩擦定律各流层因相对运动而产生的摩擦力称为内摩擦力。
此内摩擦力Tt 与层间接触面积S及相对速度dv成正比，而与层间距离dz成反比，即Tt=ηs dvdz或τt=TtS=ηdvdz式中τt，η——分别为层间切应力和液体粘度；dvdz——流速梯度。
圆环压缩法测定金属塑性成形的摩擦系数实验报告·
圆环压缩法测定金属塑性成形的摩擦系数实验报告一、实验目的(1)了解金属塑性成形中的摩擦特点和影响； (2)熟悉摩擦对于金属流动影响的一般规律；(3)掌握用圆环法测定金属成形中摩擦系数的原理和方法。
二、概述金属塑性成形过程中，工具与变形金属接触面上存在相对运动或有相对运动的趋势时，其接触表面之间必然产生摩擦。
塑性成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比，接触压力较高，会产生新的接触面，并且大多是在较高的温度下产生的。
金属塑性成形时，摩擦在少数情况下会起到积极的作用，可以利用摩擦阻力来控制金属流动的方向。
但在大多数情况下摩擦是十分有害的，主要表现在改变了变形金属的应力状态，增大了变形抗力；引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力；降低模具的寿命等。
为了减轻摩擦引起的种种不良影响，常采用润滑剂来降低摩擦。
因此对金属塑性成形过程中的摩擦和润滑机理的深入了解能大大提高生产效益和产品质量。
金属材料体积成形与金属板料面积成形的摩擦机理有差别。
圆环压缩法是20世纪60年代提出的一种利用圆环镦粗时的变形来测定摩擦系数的方法，可用于确定金属材料体积成形中锻造成形时的摩擦系数和评定润滑剂的润滑效果。
该方法是把一定尺寸的圆环试样(如0::20:10:7D d H =)放在平砧上镦粗。
由于试样和砧面间接触摩擦系数的不同，圆环的内、外径在压缩过程中将有不同的变化。
在任何摩擦情况下，外径总是增大的，而内径则随摩擦系数μ而变化，或增大或缩小。
当接触面上的摩擦系数很小时，圆环上每一金属质点均沿径向作辐射状向外流动，变形后的圆环内外径均扩大，如图6-1(a)所示。
当接触面上的摩擦系数增大到某一临界值后，靠近内径处的金属质点向内流动的阻力小于向外流动的阻力，从而改变了流动方向，这时在圆环中出现一个半径为n R 的分流面，该面以内的金属质点向中心方向流动，该面以外的金属质点向外流动，变形后的圆环内径缩小，外径扩大，如图6-1(b)所示。
图6-1 圆环压缩时的金属流动用上限法或应力分析法可以求出分流面半径n R 、摩擦系数μ和圆环尺寸的理论关系式。
金属塑性成形时的摩擦系数测量技术
此方法 的优点 ，是板 材试件 的变形状 态及 摩擦状态 与实 际拉深状况的非常接 近 ，能够分别 测量出板材在不 同拉 深状
态 下 的摩 擦 系数 。
２２ 基 于板材拉延 的摩 擦系数测量方法 。 李 东升等提 出了一 种基于板材拉延成 型的摩擦系数测量 方 法（ 图 ５所示嘲 。 如 ） 首先 ， 将试件放到合适位置后 ， 用夹 头和 动夹头将试件 的两端夹 紧 ， 左右布置 的凸模 、 凹模将试件 中部
系数 测 量 技 术 的发 展 趋 势 。
关键词 ： ｝成形 ； 塑ｌ 生 摩擦 系数 ； 测量技术
中 图 分 类 号 ： Ｇ３ １ Ｔ ０ 文献 标 识 码 ： Ａ
文章编号： ６ ２ ５ ５ ２ １ １ — ０ ５ ０ １ ７ — ４ Ｘ（ ０ ０）２ ０ ０ — ４
摩擦在金属塑性成形过程 中 ， 起着举足轻重 的作用 。 塑性
响成形 件的表面光洁度 ，而且会在制造过 程中使 零件产生局 部 减薄 、 断裂 、 皱等现象【 起 ｌ 】 。塑性成形过 程从 宏观看 ， 随着材 料 与模具表 面接触 面的增大 ， 接触压力逐 渐增 大 ， 氧化 膜在大
压 力 下 破 裂 ， 致 金 属 向 外 表 面 裸 露 的 面 积增 大 ， 于 新 旧表 导 由
３ ． 位移传 感器
８ ． 工控机
５电桥箱 ．
７ ． ＭＤ采集卡
１ 几 种典 型 的摩擦 系数测 量 系统
摩擦 系数测量 系统 ， 是使 用传感 器 、 配套仪 器和模 具等 ，
将塑性成形过程 中与摩擦 系数相关 的参数 ，用 ＭＤ转 换器把 采集到 的模拟信号 转换 成数字信号 ， 通过放 大器 放大后 ， 入 输
第四章金属塑性成形中的摩擦和润滑2013
缩短制品的寿命
当残余应力和制品实际应力叠加，超过该零件的 许用应力时，零件将产生塑性变形或破坏。 降低金属的塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。
46
残余应力会降低金属的耐蚀性 例如：将冲压的黄铜制品置于潮湿的 气氛中，易产生裂纹，这种现象称为黄 铜的季裂。
47
问题讨论
产生畸变 （变形）
假设某圆柱体，心部受 拉应力，力图缩短，表 面受压，力图伸长。
拔长
27
要求较高的拔长生产效率时，坯料 的送料要小，这时轴向延伸较大。即 当送进量l小于坯料宽度a（l < a） 时，坯料轴向伸长得多。
不要求长度方向有较大的伸长时， 坯料的送料要大，这时轴向延伸较小 。即当送进量l大于坯料宽度a（l > a ）时，坯料宽度增加的多。
28
金 属 塑 性 成 形 原 理 第 四 章 金 属 塑 性 成 形 中 的 摩 擦
10
摩擦学的定义
• 摩擦学是研究作相对运动的相互作用 表面及其有关的理论和实践的一门科 学技术。
机床导轨
11
• 定义中二个主要的部分：
1. 相对运动 2. 相互作用表面
机床导轨
12
摩擦学涉及的学科
• 摩擦学是一门交叉、边缘学科
– 摩擦学主要涉及学科：
• 物理学
• 化学 • 机械工程 • 材料学 • 力学
该圆柱体存在 残余应力，但 未变形。
切削前
某圆柱体切削后的变形。
48
49
减小或消除残余应力的方法
残余应力是附加应力的变化而来，其根本原因就是物体产 生了不均匀的变形。 减小材料在加工和处理过程中所产生的不均匀变形。 对加工件进行热处理。 去应力退火 人工时效 自然时效 进行机械处理。 使工件再产生一些表面变形，使残余应力得到一定的 释放和松弛。 如木锤敲打表面或喷丸加工。 表面层中具有残余拉应力的板材，经表面辗压后，其残 50 余应力大为缩小。
摩擦
2、 边界摩擦
起部分被压平，润滑剂被压入凹坑中，被封存在里面，如图18-8b。大多数塑性 成形的摩擦属于边界摩擦。 3、流体摩擦 两表面的微观凸凹部分不直接接触，完全被润滑剂隔开的润滑
叫流体润滑，该状态下的摩擦叫流体摩擦，如图18-8c。 流体摩擦与干摩擦和边界摩擦有着本质的区别，其摩擦特征与所加润滑剂的
N
（18-1）
实际上摩擦切应力不能随 N 的增大而无限地增大，当 max K 时接触面将 产生塑性流动。此时 N 的极限值为材料真实应力应变曲线上的屈服应力 Y 。根 据Mises屈服准则， K 1 ~ 1 ）Y （
2 3
故由式（18-1）可确定摩擦系数的
极限值为 0.5 ~ 0.577
但是在塑性成形中也常常应用摩擦的有益作用。 例如，模锻中利用飞边槽桥部的摩擦力来保证模膛充满，滚锻和轧 制时依靠足够的摩擦使坯料被咬入轧辊。
二、塑性成形中的摩擦分类及机理
（一）塑性成形中的摩擦分类
根据塑性成形中坯料与工具表面之间的润滑状态的不同，摩擦可分为三类， 即干摩擦、边界摩擦和流体摩擦，由此还可以派生出混合型摩擦。 1、干摩擦 通常所说的干摩擦是指不加任何润滑剂的摩擦。 接触表面之间存在很薄的润滑膜，凸凹不平的坯料表面凸
mK
（18-3）
式中，m 称为摩擦因子，上式与式（18-2）相比，当 m 1 时，两条件一致。式（18-3）适合 于摩擦系数低于最大值的三向应力显著的塑性成形过程，如挤压、变形量大的镦粗、模锻等。
四、影响摩擦系数的主要因素Байду номын сангаас
1. 金属的种类和化学成分 2. 工具表面状态 材料的硬度、强度越高，摩擦系数就越小。
1.
分子吸附学说
最新04第四章金属塑性成形中的摩擦
§4.1金属塑性成形中摩擦的特点和影响
一、金属塑性成形中的摩擦的特点
a.伴随有变形金属的塑性流动。接触表面处于塑性流
动状态，各点塑性流动情况不同。
b.接触面上压强高。塑性变形中接触面上压强大，容
易将润滑剂挤出。
c.实际接触面积大。压强大造成接触面凸起部分被压 平，实际接触面积接近名义接触面积。
四、塑性成形中的润滑方法
1.特种流体润滑法 常用于线材拉拔。
2.表面磷化－皂化处理 坯料上用化学法制成一层磷酸盐或草酸盐薄膜，
然后进行润滑处理（即皂化） 3.表面镀软金属
加工变形抗力高导致润滑剂挤出，可通过电镀法 镀一层软金属，起到润滑剂层的作用。
结束语
谢谢大家聆听！！！
12
一、塑性成形中对润滑剂的要求
二、塑性成形中常用的润滑剂 1.液体润滑剂
包括矿物油、植物油、动物油、乳液和有机化合物 液体
2.固体润滑剂
干性固体润滑剂：石磨、二硫化钼、云母
软（熔）化型固体润滑剂：玻璃、珐琅、无机盐类
三、润滑剂中的添加剂
目的：提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能。
添加剂一般应易熔于机油，热稳定性要好，且具 有良好的物理和化学性能。常用的有：油性剂、 极压剂、抗磨剂和防锈剂等。
d.不断有新的摩擦面产生。金属发生塑性变形，产生
塑性流动，不断有新的表面产生。
e.常在高温下产生摩擦。降低变形抗力，进行热加工
二、常摩擦力条件
接触面上的摩擦切应力τ与被加工金属的剪切屈 服强度K成正比
mK
m:摩擦因子（0≤m≤1）
若m＝1，即τ＝τmax＝K，称为最大摩擦力条件。
§4.6 塑性成形中的润滑
塑性加工原理 第四章 塑性加工中的摩擦与润滑
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑§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。
金属塑性成形的摩擦
金属塑性成形的摩擦第一节金属塑性成形中摩擦的特点和影响一．金属塑性成形的特点1．伴随有变形金属的塑性流动2．接触面上的压强高3．实际戒除面积大4．不断有新的摩擦产生5．常在高温下产生摩擦二．摩擦对塑性成形过程的影响1．改变变形体内应力状态，增大变形抗力（若工具与变形金属接触面上无摩擦存在，则变形金属内应力状态为单向压应力状态）2．引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力3．降低磨具的寿命第二节塑性成形中摩擦的分类及机理一．塑性成形中摩擦的分类1．干摩擦2．边界摩擦3．流体摩擦二．摩擦机理1.表面凹凸学说2.分子吸附学说3.粘着理论第三节描述接触面上摩擦力的数学表达式第四节影响摩擦系数的主要因素一．金属的种类和化学成分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的硬度、抢的的化学成分都可以使摩擦系数减小。
二．工具的表面状态三．接触面上的单位压力四．变形温度五．变形速度第五节测定外摩擦系数的方法第六节塑性成形中的润滑润滑：减小摩擦对塑性成形过程不良影响的最有效措施润滑的目的：降低接触面间的摩擦力；提高磨具寿命（减少磨损、冷却磨具）；提高产品质量（提高内部组织均匀性）；降低变形抗力；提高金属充满模膛的能力。
一．塑性成形中第润滑剂的要求1.应有良好的耐压性能2.应有良好的耐热性3.应有冷却磨具的作用4.应无腐蚀作用5.应无毒6.应使用、清理方便，并考虑其来源丰富，价格便宜等因素二．塑性成形中常用的润滑剂1.液体润滑剂主要包括：矿物油（机油）、植物油、动物油（猪油、牛油、鲸鱼油，含有脂肪酸）、乳液（矿物油、乳化剂、石蜡、肥皂和水组成的水包油或者油包水的乳状稳定物）和有机化合物。
2.固体润滑剂（1）干性固体润滑剂1.石墨2.二氧化钼（2）软化剂固体润滑剂1.玻璃2.珐琅3.无机盐类三．润滑剂中的添加剂在润滑剂中加入少量的活性物质为提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能四．塑性成形时得润滑方法1.特种流体润滑放2.表面磷化-----皂化处理3.表面镀软金属。
摩擦在塑性成形加工中的利弊对比分析以及解决措施
《摩擦在塑性成形加工中的利弊对比分析以及解决措施》姓名：韩宝峰、姚兆燚、任五江、刘亚南、段凯旋课题组的分工或贡献：每人完成的百分比或者每人负责的内容课程名称：金属塑性成形原理指导教师：2012年 4 月1．1 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。
1．2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用1. 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，由此产生的摩擦润滑困难且润滑方法特殊。
（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。
塑性成形中的摩擦及其特点
塑性成形中的摩擦及其特点塑性成形中的摩擦可分为内摩擦和外摩擦。
所谓内摩擦是整个变形体的各个质点间的相互作用。
这种作用发生在晶粒界面或晶内的实际滑移面上，并阻碍变形金属的滑移变形；外摩擦则表现为两物体在接触面上产生的阻碍其相对移动的力的相互作用。
金属塑性成形中的内摩擦出现在晶内变形和晶间变形过程中，它直接和多晶体的塑性变形过程相联系，外摩擦出现在变形金属与工具相接触的部分。
一、摩擦的分类摩擦一般分为：干摩擦、边界摩擦和流体摩擦。
1.干摩擦无润滑又无湿气的摩擦叫做干摩擦。
实际上并无绝对干燥的摩擦，所以通常指的干摩擦实际上是指无润滑的摩擦。
2.边界摩擦两接触面间存在一层极薄的润滑膜，其摩擦不取决于润滑剂的粘度，而取决于两表面特性和润滑剂特性。
3.流体摩擦具有连续的流体层隔开的两物体表面间的摩擦。
二、塑性成形中的摩擦特点摩擦特点有：压力高、温度高和伴有新金属表面产生。
1.压力高塑性成形中的摩擦不同于机械传动过程中的摩擦，它是一种高压下的摩擦。
对受重载荷的轴承，工作时所受的压力仅为20~40MPa，而塑性成形时与工具接触的表面所受的压力高达1000~2000MPa。
2.温度高锻造塑性变形过程一般是在高温下进行的。
在高温下金属的组织和性能均发生变化，表面生成的氧化皮对塑性变形中的摩擦和润滑带来很大影响。
如在热变形中表面生成的氧化皮一般比变形金属软，在摩擦表面上它能起到一定的润滑作用；当氧化皮插入变形金属中，则会造成金属表面质量的恶化。
在冷变形和温变形时，在摩擦表面生成的氧化皮往往比变形和温变形时，在摩擦表面生成的氧化皮往往比变形金属硬。
这时，如果氧化皮脱落在工具和金属表面上，就会使摩擦加剧。
3.伴有新金属表面产生一般塑性变形过程都要产生40%~50%的新金属表面，挤压时新生的金属表面所占比例较上述数字要大。
新生表面不但增加了实际的接触面积，而且使表面原有的氧化膜被破坏，使工具与材料的实际接触面增大，同时增大了分子间的吸附作用，摩擦力也相应的变大。
第4章 金属塑性成形中的摩擦
Hale Waihona Puke 华侨大学模具技术研究中心第四章 金属塑性成形中的摩擦
一．
二．
三．
四．
五． 六． 七．
金属塑形成形中摩擦的特点和影响 塑件成形中摩擦的分类及机理 描述接触表面上摩擦力的数学达式： 库伦摩擦条件 b）常摩擦力条件 影响摩擦系数的主要因素 测定外摩擦系数的方法 塑性成形中的润滑 不同塑性成形条件下的摩擦系数
影响金属塑性变形和流动的因素
三、金属各部分之间的关系对塑性变形和流动的影响 未变形区对变形区的影响，不同变形区之间的影响。 在塑性变形时，为保持变形体的完整性和连续性，变形体各 部分之间通过内力的作用，对塑性变形和流动产生一定的影响，
包括未变形的金属（俗称为“刚端”）对变形区金属的影响和变
形金属相互之间的影响。 刚端对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流动。例如拔 长时，砧子下面局部坯料镦粗，变形受到刚端部分的影响，其横向 流动小于同等条件下的自由镦粗。
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不均匀变形、附加应力和残余应力
外围滑动区：径向流动
不均匀变形反映在端面上： 中心粘着区：质点没有相对运 动，粘于压头上
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不均匀变形、附加应力和残余应力
二、附加应力 由于变形体内各部位的不均匀变形受到整体性的限制，各部 位不能独立地改变自己的尺寸而不对相邻部分发生影响，因而引 起其间相互平衡的内力及相应的应力，这种应力称为附加应力。
a) 干摩擦
b) 流体摩擦
c) 边界摩擦
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二、塑件成形中摩擦的分类及机理
金属塑性加工中的摩擦与润滑优秀文档
• 铸铁材料摩擦系数比钢摩擦系数低15%~20% • 淬火钢的摩擦系数与铸铁的摩擦系数相近 • 硬质合金轧辊摩擦系数比合金钢轧辊摩擦系数降低
10%~20% • 金属陶瓷轧辊的摩擦系数比硬质合金辊降低10~20%。
工具表面状态
• 工具表面精度及机加工方法不同，摩擦系数在范围内变化。 • 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。
3.接触面上的单位压力
• 单位压力较小，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，这增加真实接触面积， 使分子吸附作用增强，即摩 擦系数随压力增加而增加， 但增加到一定程度后趋于稳 定。
5.1.2 外摩擦在压力加工中的作用
应用摩擦改善生产 1）增大摩擦改善轧制过程咬入条件 2）增大冲头与板片间摩擦，减少起皱和撕裂
5. 2 金属塑性加工中的摩擦与润滑理论
1.摩擦分类 1)．干摩擦
金属与工具的接触表面之间不存任何外来介质，即金属 与金属直接接触时所产生的摩擦。 通常指不加润滑剂的摩擦状态。 •库仑摩擦条件 F=μN 或 τ=μσn， 式中 F为摩擦力；
粘附性较强金属具有较大的摩擦系数,硬度、强度越高，摩擦系数就越小 dv/dz速度梯度
Nτ为为接垂特触直面于点上接的触：摩面擦正摩切压应力擦力；。力大小与接触面的表面状态无关，与流体的粘度、 速度梯度等因素有关。流体摩擦的摩擦系数很小。 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。
300℃ 。内部组织和性能变化，表面氧化，润滑剂受影响。 3）接触面更新和分区 工具与金属间接触条件改变。接触面上各
金属塑性加工的摩擦与润滑
○ 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
1 外摩擦的分类 3 流体摩擦 5 摩擦机理 7 表面凸凹学说
2 干摩擦 4 边界摩擦 6 分子吸附说
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
800
温度对钢的摩擦系数的影响
0
℃
400
600
800
℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
4.5 测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法
楔形件压缩法
塑性加工常用 摩擦系数
圆环镦粗法
4.6 塑性加工的工艺润滑
工艺润滑的目的及 润滑机理
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
常用的润滑剂
固体润滑剂，包括石墨、 二硫化钼、肥皂等
液体润滑剂包括矿物油、 动植物油、乳液等
液-固型润滑剂
熔体润滑剂
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。
润滑方法的改进
流体润滑
二．表面处理 1. 表面磷化处理 2. 表面氧化处理 3. 表面镀层
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金属塑性成形原理
第三节 计算摩擦力的数ຫໍສະໝຸດ 表达式在计算金属塑性加工时的摩擦力时，常用以下三种条件： 一、 库伦摩擦条件 (滑动摩擦)
不考虑接触面上的粘合，认为摩擦符合库伦定律。 适合正压力不太大、变形量较小的的冷成形工序。不考虑接触表面的粘合 现象，认为单位面积上的摩擦力与接触面上的正应力成正比，即
坦光滑，都有不同程度的微观凸峰和凹坑，当微观粗糙的两表面接触时，一 个表面的凸峰可能会陷入另一表面的凹坑，产生机械咬合， 2. 分子吸附学说
对于非常光滑的接触面，认为摩擦是接触面上分子相互吸引的结果。接触 面越光滑，接触面积就越大，分子吸引力就越强，则摩擦力就越大。该学说 解释了凸凹学说无法解释的表面越光滑，摩擦力不降反升的现象。 3. 粘着理论
，变形也不均匀，产生不同的几个区域，形成鼓形。 而残余应力会使制品的尺寸和形状发生变化，缩短制品的使用寿命。
由于变形体内各部位的不均匀变形受 到变形体整体性限制，各部位不能独立地 改变自己的尺寸而不对相邻部分发生影响 ，这种应力被称为附加应力。
例如，利用凸肚轧辊轧制等厚矩形坯料 时，矩形坯料边缘部分变形程度小，中间部 分的变形程度大。
无论是机械传动、还是金属塑性成形，都存在有相对运动或有运 动趋势的两接触表面的摩擦。
分别称为动摩擦和静摩擦。 机械传动中主要为动摩擦，塑性成形中有动摩擦和静摩擦。 金属塑性成形中又分为内摩擦和外摩擦： 内摩擦是金属内晶界面或晶内滑移面产生的的摩擦； 外摩擦指变形金属与工具间接接触面上产生的摩擦。 这里研究的摩擦是指外摩擦。单位接触面上的摩擦力称为摩擦 切应力，其方向与质点运动方向相反，阻碍金属质点的流动。
金属塑性成形原理
一、金属塑性成形中摩擦的特点
与机械传动摩擦相比，塑性成形的摩擦有如下特点：
1、伴随着变形金属的塑性流动 塑性成形的摩擦接触面因金属的塑性流动，接触状态不断变化，接触面上
各处塑性流动不同，有滑动、粘着，有快、慢，接触面上各点摩擦不同。而 机械传动的摩擦的表面均处于弹性变形。 2、接触面单位压力高
流体摩擦与干摩擦和边界摩擦有着本质的区别，其摩擦 特征与所加润滑剂的性质和相对速度有关，而与接触表面 的状态无关。
金属塑性成形原理
二、摩擦机理
塑性成形过程中的摩擦是非常复杂的，目前关于摩擦机理（即摩擦产生 的原因）有三种学说，现代摩擦理论认为是三者的结合。(焊合－剪切理论)
1. 表面凹凸学说 认为摩擦是由接触面上凹凸形状引起的。经过机械加工的表面并非绝对平
但有时在成形过程中，摩擦是有益的。例如，模锻中利用飞边槽桥部的 摩擦力来保证模膛充满，滚锻和轧制时依靠足够的摩擦使坯料被咬入轧辊。
开式模锻的金属流动
轧制
金属塑性成形原理
第二节 金属塑性成形中摩擦的分类及机理
一、塑性成形中摩擦的分类
根据塑性成形中坯料与工具表面之间的润滑状态的不同 ，摩擦可分为三类，即干摩擦、边界摩擦和流体摩擦，由 此还可以派生出混合型摩擦。 1. 干摩擦 通常指不加任何润滑剂的摩擦。 2. 边界摩擦 接触表面之间存在很薄的润滑膜，凸凹不平的 坯料表面凸起部分被压平，润滑剂被压入凹坑中，被封存 在里面。大多数塑性成形的摩擦属于边界摩擦。 3. 流体摩擦 两表面的微观凸凹部分不直接接触，完全被润 滑剂隔开的润滑叫流体润滑，该状态下的摩擦叫流体摩擦。
小得多。而塑性变形过程中，由于发生塑性变形，接触面上的凸起部分被压平 ，因而实际面积接近名义接触面积，使摩擦力增大。 4、不断产生新的摩擦面
在塑性成形过程中，原来非接触面在变形过程中可能成为新的接触摩擦面 ，从而产生粘合力，使摩擦力增大。因此，要不断给新的接触面添加润滑剂。 5、经常在高温下进行
金属塑性变形往往通过热压力加工 。钢材热塑性加工温度一般为800－ 1200℃，这时，接触表面会产生金属氧化、模具软化、润滑剂分解等复杂的物 理化学变化。 6、摩擦副性质差别大
无摩擦条件下： p 3 s
摩擦条件下： 1 3 s p 3 1 s
因而摩擦力使变形抗力增大，增大能量消耗，一 般情况下，摩擦的加大可使负荷增加30%
金属塑性成形原理
2. 引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力 如挤压杆件时，由于挤压筒壁摩擦力的影响，使坯料边缘处的流动比中间
慢，造成边缘受拉伸而中间受压缩的附加应力。 如圆柱体镦粗时，由于接触面摩擦的影响，使变形体内部应力不均匀分布
金属塑性成形原理
第四章 金属塑性成形中的摩擦
金属塑性成形原理
内容提纲
一、金属塑性成形中摩擦的特点和影响 二、塑性成形中摩擦的分类及机理 三、描述接触表面上摩擦力的数学表达式 四、影响摩擦系数的主要因素 五、测定外摩擦系数的方法 六、塑性成形中的润滑 七、不同塑性成形下的摩擦系数
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第一节 金属塑性成形中摩擦的特点和影响
塑性成形时的摩擦接触面上压力很高，热塑性时达500MPa，钢冷挤压和冷 轧时高达2500~3000MPa。接触面压力愈高，润滑剂易挤出和失效，降低了润 滑效果。（一般的机械传动，接触面的压强仅为20~40MPa）
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3、实际接触面积大 一般机械传动过程中，由于接触面凹凸不平，故实际接触面比名义接触面
但矩形坯料为一整体，虽各部分变形量 不同，但纵向伸长量趋于相等。故中间部分 将给边缘部分施以拉应力，反之边缘部分给 中间部分施以压应力。
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
3. 降低模具寿命
摩擦使模具接触面磨损增加、摩擦产生的热使模具材料软化、磨损 导致的内应力增大。
为减少摩擦对塑性成形的不利影响，常采用润滑，即在工具和变形金属 的接触面上涂敷润滑剂。
工具无塑性变形、组织不发生变化；工件较大塑性变形。二者性质与作用差 异大，变形摩擦特殊。
金属塑性成形原理
二、摩擦对塑性成形过程的影响
在多数情况下，摩擦对塑性成形是有害的，具体表现如下：
1. 改变应力状态，增大变形抗力 例如单向压缩时，若工具与坯料无摩擦存在，则坯料受单向应力状态；
若存在摩擦时，则变成三向应力状态，且使端面压应力增加才能屈服，因 而变形抗力增加。