第12讲 摩擦与润滑
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料成形原理C Principle of Material Forming C
第十二讲 Lesson Twelve
李振红
Li Zhenhong
Phone：15195871486 E-Mail： hflzh@yahoo.com.cn
南京工程学院材料工程系 Department of Material Science and Engneering Nanjing Institute of Technology
来自百度文库
2020/8/4 Conform连续挤压法
12
Lesson 12
4.2 塑性加工中摩擦的分类及机理
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 ▪ 粘着理论 ▪ 表面凸凹学说
2020/8/4
13
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。 但在实际生产中，这种绝对理想的 干摩擦是不存在的。通常说的干摩 擦指的是不加润滑剂的摩擦状态。
6
Lesson 12
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。
2020/8/4
7
Lesson 12
伴有金属的流动
▪ 变形金属沿模具和金属接触面上的各点的塑性流动 情况不同，因而各接触点上的摩擦也不同。
2020/8/4
4
Lesson 12
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。
▪ 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。
2020/8/4
5
Lesson 12
不断增加新的接触表面
▪ 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。
2020/8/4
Lesson 12
2020/8/4
14
摩擦力计算
▪ 库仑摩擦定律 ▪ 粘着摩擦理论
f f n f mk
Lesson 12
2020/8/4
15
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，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。
2020/8/4
20
粘着理论
Lesson 12
▪ 由于接触压力大，接触面上某些接触点发生 粘结或焊合，当两表面相互运动时，粘结点 被切断而产生相对滑动
2020/8/4
2020/8/4
18
边界摩擦
2020/8/4
Lesson 12 19
分子吸附说
Lesson 12
▪ 当两个接触表面非常光滑时，接触摩擦力不但不降 低，反而会提高，这一现象无法用机械咬合理论来 解释。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，分子间的作用力越强。克服该分子间作用力 的摩擦力也就越大。
恶化工件表面质量，加速 模具磨损，降低工具寿命
2020/8/4
10
正挤压过程中的附加应力：
基本应力：压应力 附加应力：外层拉应力
中心压应力
Lesson 12
产生原因：内层比外层流动快
2020/8/4
11
摩擦的利用
Lesson 12
增大摩擦改善 轧制过程咬入条件
摩擦应力促进金属的变形发展
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
2020/8/4
3
Lesson 12
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 100~500MPa ， 冷 加 工 时 可 高 达 2500~3000MPa。但是，机器轴承中，接触面压力 通常只有20~40MPa。
▪ 如此高的接触面压力使润滑剂难以带入或容易从变 形区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊。
2020/8/4
8
Lesson 12
实际接触面积大
▪ 由于压力大，金属发生塑性变形，接触面上的金属 凸起被压平，导致实际接触面积增大，接近名义接 触面积，使得摩擦力增大。
2020/8/4
9
Lesson 12
▪ 外摩擦在压力加工中的作用：
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
2020/8/4
Lesson 12 16
摩擦力计算
Lesson 12
▪ 液体摩擦定律
t
dv dz
t, dv dz
分别为流体层间切应力和液体粘度 流体速度梯度
液体摩擦时 f = 0.005~0.02
2020/8/4
17
边界摩擦
Lesson 12
▪ 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。这种摩擦出现在高压、低速和润滑剂粘度小的情况。
Lesson 12
第四章 塑性加工中的摩擦与润滑
主要内容
Main Content
▪ 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
2020/8/4
2
Lesson 12
4.1 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
▪ 金属塑性加工时摩擦的特点： （1）是在高压下产生的摩擦 （2）是在较高温度下的摩擦 （3）不断增加新的接触表面 （4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大 （5）伴有金属的流动 （6）实际接触面积大
第十二讲 Lesson Twelve
李振红
Li Zhenhong
Phone：15195871486 E-Mail： hflzh@yahoo.com.cn
南京工程学院材料工程系 Department of Material Science and Engneering Nanjing Institute of Technology
来自百度文库
2020/8/4 Conform连续挤压法
12
Lesson 12
4.2 塑性加工中摩擦的分类及机理
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 ▪ 粘着理论 ▪ 表面凸凹学说
2020/8/4
13
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。 但在实际生产中，这种绝对理想的 干摩擦是不存在的。通常说的干摩 擦指的是不加润滑剂的摩擦状态。
6
Lesson 12
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。
2020/8/4
7
Lesson 12
伴有金属的流动
▪ 变形金属沿模具和金属接触面上的各点的塑性流动 情况不同，因而各接触点上的摩擦也不同。
2020/8/4
4
Lesson 12
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。
▪ 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。
2020/8/4
5
Lesson 12
不断增加新的接触表面
▪ 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。
2020/8/4
Lesson 12
2020/8/4
14
摩擦力计算
▪ 库仑摩擦定律 ▪ 粘着摩擦理论
f f n f mk
Lesson 12
2020/8/4
15
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，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。
2020/8/4
20
粘着理论
Lesson 12
▪ 由于接触压力大，接触面上某些接触点发生 粘结或焊合，当两表面相互运动时，粘结点 被切断而产生相对滑动
2020/8/4
2020/8/4
18
边界摩擦
2020/8/4
Lesson 12 19
分子吸附说
Lesson 12
▪ 当两个接触表面非常光滑时，接触摩擦力不但不降 低，反而会提高，这一现象无法用机械咬合理论来 解释。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，分子间的作用力越强。克服该分子间作用力 的摩擦力也就越大。
恶化工件表面质量，加速 模具磨损，降低工具寿命
2020/8/4
10
正挤压过程中的附加应力：
基本应力：压应力 附加应力：外层拉应力
中心压应力
Lesson 12
产生原因：内层比外层流动快
2020/8/4
11
摩擦的利用
Lesson 12
增大摩擦改善 轧制过程咬入条件
摩擦应力促进金属的变形发展
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
2020/8/4
3
Lesson 12
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 100~500MPa ， 冷 加 工 时 可 高 达 2500~3000MPa。但是，机器轴承中，接触面压力 通常只有20~40MPa。
▪ 如此高的接触面压力使润滑剂难以带入或容易从变 形区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊。
2020/8/4
8
Lesson 12
实际接触面积大
▪ 由于压力大，金属发生塑性变形，接触面上的金属 凸起被压平，导致实际接触面积增大，接近名义接 触面积，使得摩擦力增大。
2020/8/4
9
Lesson 12
▪ 外摩擦在压力加工中的作用：
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
2020/8/4
Lesson 12 16
摩擦力计算
Lesson 12
▪ 液体摩擦定律
t
dv dz
t, dv dz
分别为流体层间切应力和液体粘度 流体速度梯度
液体摩擦时 f = 0.005~0.02
2020/8/4
17
边界摩擦
Lesson 12
▪ 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。这种摩擦出现在高压、低速和润滑剂粘度小的情况。
Lesson 12
第四章 塑性加工中的摩擦与润滑
主要内容
Main Content
▪ 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
2020/8/4
2
Lesson 12
4.1 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
▪ 金属塑性加工时摩擦的特点： （1）是在高压下产生的摩擦 （2）是在较高温度下的摩擦 （3）不断增加新的接触表面 （4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大 （5）伴有金属的流动 （6）实际接触面积大