紫铜触指精锻过程中的摩擦与润滑

第１期张彦敏等：紫铜触指精锻过程中的摩擦与润滑
廓线的凸凹状态密切相关。

随着变形力的增加，变形金属和模具之间的润滑剂逐渐减少，最后只存在于凹槽中；单位压力继续增加，则摩擦副中较硬的模具突起压人到较软的坯料中，使塑性接触面积急剧增加，金属塑性流动时伴随严重的摩擦与磨损。

高温、高压下精锻过程中，模具的工作面与粘性流动的金属变形体之间的摩擦称为塑性摩擦。

虽然界面问有润滑剂作为隔离层，但由于变形体的塑性变形和流动，使摩擦副表面面积接触率接近于１（甚至有时大于１）。

如图３所示，虽然接触面积不存在摩擦体绝对接触，但实际接触面积比一般机器摩擦大得多０１。

１．３塑性加工中摩擦副承受高压图图（ａ）一般机器摩擦（ｂ）塑性摩擦
精锻过程中，单位变形力高达１５０～１５００ＭＰａ，是一般机器摩图３压力加工摩擦界面示意图
擦的几十至上百倍，从而使产生隔离层的润滑剂被大量挤出，隔离层变薄，局部形成边界摩擦或干摩擦使摩擦系数加大；高的单位变形力使摩擦面的实际接触面积增加，因而摩擦力大大增加；并且塑性变形出现的金属新生面有强烈的化学活性，与模具表面易产生分子咬合和很强的粘着能，使金属流动阻力进一步加大。

金属与模具界面之间的边界摩擦或干摩擦状态，使高压下模具表面微凸峰压入金属表面，并使金属翅性流动时在其表面产生划痕，犁削下的金属在高压下形成磨片。

最终氧化膜碎片和变形金属剥落碎片形成磨粒。

严重恶化变形金属与模具界面的摩擦条件。

１．４塑性加工中高温的影响
高温下变形金属表面产生的氧化膜在精锻变形过程中大部分随变形金属被挤出，剩余部分破碎形成硬质点，分布在模具和坯料之间。

润滑剂在高温下也会部分分解。

高温变形金属流动过程中，表层变形剧烈，同时塑性流动使变形金属新生表面不断出现“】。

２紫铜合金塑性变形后表面微观形貌观察
自精锻件上切取ｌＯｍｍ×ｌＯｍｍ×ｌＯｍｍ试样，经丙酮清洗后再经超声波清洗，在ＪＳＭ．３５ＣＦ扫描电镜上观察与模具接触面微观形貌。

图４是紫铜触指精锻后不同部位表面形貌的扫描电镜照片，可以看出锻件表面有大量的划痕，这是由于在精锻过程中模具表面的硬质点压人到变形金属内部，变形金属流动时便产生大量的划痕，这与一般机械摩擦不同。

图４紫铜触指精锻后的扫描电镜照片（ａ、ｂ面见图１）
３紫铜精锻过程中的润滑
３．１润滑剂的选择
上述分析表明，在高温、高压工况下的精锻，变形金属是粘塑性流动状态，变形过程不断产生新生面，变形区塑性变形不均匀、压力大，摩擦力方向多变以及接触区温度高，使一般机械摩擦润滑理论已不适用。

润滑条件恶劣造成摩擦副之间的摩擦机制多变并且相当复杂，使用一般的润滑方法很难奏效，因此解决此
河南科技大学学报（自然科学版）２００３矩
类工况下摩擦与润滑问题十分关键，所用润滑剂必需耐高温，油膜需耐高压。

目前常用石墨作为润滑剂，因为石墨具有高温稳定性，并且石墨易形成薄的隔离层并在模具表面有较好的吸附能力。

玻璃高温润滑剂虽有很多优点，但因工艺操作上不方便很少被采用”１。

３２润滑方法
（１）采用１５％的水剂石墨充分调匀，由泵加压喷洒在模具表面，同时起到模具冷却作用。

水剂石墨粘度低，模具温度４００。

Ｃ以上时附着层很薄，但能及时冷却模具，环境污染也较轻。

（２）采用３５％～４０％机油石墨，调成糊状，用毛刷涂抹，使模具表面形成较厚的石墨涂层，润滑效果较佳，但油剂石墨在高温时分解污染环境。

水剂和油剂润滑紫铜流动比较见图５。

涂抹润滑剂时，模具表面反复急冷急
热，会积累相当的循环热应力，并最终形成
热疲劳裂纹，使模具失效“Ｊ。

紫铜触指精
锻在最好润滑情况下模具寿命可达１０００
件，润滑不好模具因磨损失效寿命只有４００
件左右。

４结束语
对纯铜塑性变形过程中变形体与模图５同一部位水剂和油剂润滑照片
具表面摩擦特点进行了观察和分析，认
为此种摩擦处于干摩擦和边界摩擦条件，高温和高压使润滑荆形成的隔离层很难建立，并且变形金属经过模口时流动速度高，新生面的出现和大量硬质点渗入都使摩擦条件不断恶化，其摩擦机理多变而且复杂。

采用石墨作为润滑剂可使模具寿命有一定的提高，热精锻工艺可以顺利进行，但生产实际中润滑剂涂抹困难及造成的环境污染不宜轻视。

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