金属塑性加工原理

金属塑性加工原理第一页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§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。第二页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§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1000℃热压100～150MPa，冷压500～2500MPa第三页，共三十一页，编辑于2023年，星期五外摩擦在压力加工中的作用

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，降低工具寿命第四页，共三十一页，编辑于2023年，星期五外摩擦在压力加工中的作用

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。

α咬入条件f>tgα第五页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§4.3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

分子吸附说表面凸凹学说第六页，共三十一页，编辑于2023年，星期五4.3.1外摩擦的分类及机理

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。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。第七页，共三十一页，编辑于2023年，星期五流体摩擦

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作用。第八页，共三十一页，编辑于2023年，星期五第九页，共三十一页，编辑于2023年，星期五3．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。第十页，共三十一页，编辑于2023年，星期五表面凸凹学说

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。4.摩擦机理

第十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期五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。第十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期五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。第十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期五

其数学表达式为：或式中F——摩擦力；

——外摩擦系数；N——垂直于接触面正压力；

——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。第十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期五2．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

第十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§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.润滑剂第十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期五

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。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。第十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期五化学成分变化时，摩擦系数也不同。如钢中的碳含量增加时，摩擦系数会减小。一般说。随着合金元素的增加，摩擦系数下降。

材料的强度、硬度越高，摩擦系数就越小。因而，凡是能提高材料强度、硬度的化学成分都可以使摩擦系数减小。第十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期五2.工具材料及其表面状态第十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期五图4-6正压力对摩擦系数的影响3.接触面上的单位压力第二十页，共三十一页，编辑于2023年，星期五4.变形温度

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。第二十一页，共三十一页，编辑于2023年，星期五变形速度的增加引起摩擦系数下降的原因，与摩擦状态有关。在于摩擦时，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。第二十二页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§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第二十三页，共三十一页，编辑于2023年，星期五夹钳轧制法简单易做，也比较精确，可用来测定冷、热态下的摩擦系数。

RhH-==aa&sin第二十四页，共三十一页，编辑于2023年，星期五楔形件压缩法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。

第二十五页，共三十一页，编辑于2023年，星期五塑性加工常用摩擦系数热锻时的摩擦系数磷化处理后冷锻的摩擦系数拉深时的摩擦系数热挤压时的摩擦系数第二十六页，共三十一页，编辑于2023年，星期五§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的能耗

润滑机理流体力学原理吸附机制第二十七页，共三十一页，编辑于2023年，星期五润滑剂的选择

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）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）有良好耐高温性能，热加工时不分解不变质；（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）使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。第二十八页，共三十一页，编辑于2023年，星期五2．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-固型润滑剂包括二硫化钼油剂等熔体润滑剂包括玻璃、沥青、石蜡等第二十九页，共三十一页，编辑于2023年，星期五润滑剂中的添加剂

目的：为了提高润滑剂的耐磨、润滑和防腐等性能，需在润滑油中加入少量的活性物质，这些活性物质称为添加剂。要求：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。第三十页，共三十一页，编辑于2