金属压力加工中的摩擦与

摘要:在金属压力加工的过程中，摩擦与是其中比较重要的工艺因素。对于影响摩擦的因素，剂的使用机理和特点等都是需要重视和研究的问题。本文从这些问题提出以下粗浅的想法。

关键词:金属压力加工；摩擦；

中图分类号：TG3 文献标识码：A

引言

在金属压力加工中,制品与工具表面间存在相对滑动,不可避免地会产生摩擦。为了减轻这种外摩擦的不良影响,通常需要进行工艺。事实证明:了解这种偶件之一的金属基体发生连续塑性变形条件下的摩擦与的规律,无论在理论上和实践上都有着极其重要的意义。

一、金属压力加工中摩擦的特点及影响因素

（一）金属压力加工中摩擦的特点

金属压力加工与一般机械传动中的摩擦相比,具有以下特点:

（1）界面温度高

压力加工时,接触面的表层温度随着滑动速度的增大而升高且不均匀,摩擦系数随滑动速度和温度的升高而增大。但是,当温度超过一最大值后,摩擦系数随滑动速度和温度的升高而下降。例如,同一材料在锤上镦粗比压力机上镦粗摩擦系数小20%～25%。

（2）压力高,接触面积大

压力加工时的单位压力一般为500MPa。单位压力小时,摩擦系数与压力无关。当压力大到某一值后,摩擦系数趋于稳定。接触面积大小与材料种类有关。随着接触面积增大,材料粘着系数与摩擦系数也增大。

（二）金属压力加工中摩擦的影响因素

（1）变形温度

在压力加工中,变形温度对摩擦的影响十分复杂、随着温度的升高,将会出现互相矛盾的两种现象:一方面,金属容易产生氧化皮,因而摩擦系数增大;另一方面,变形应力的降低又使摩擦系数减小。而且,随着温度的变化,氧化皮的性质和厚度也发生变化。在温度较低时,氧化皮呈脆性。随着温度增高,氧化皮厚度增大,摩擦系数也增大。达到一定温度时,氧化皮开始软化,摩擦系数达到峰值。温度再升高时,氧化皮的塑性增大到一定限度,摩擦系数减小。含碳量对摩擦的影响,主要在于氧化皮性质不同。

（2）变形速度

在压力加工中,变形速度对摩擦系数的影响也很大。变形速度增大时,摩擦系数降低。锻锤较之压力机受摩擦的影响小。轧制的压下量对摩擦的影响,在很大程度上取决于轧辊和轧件的光洁度。在两者的光洁度都较高时,压下量对摩擦系数没有显著影响,因为此时几乎不存在接触表面的机械咬合。当轧辊的光洁度较高而轧件的光洁度较低时,在较小的压下量范围内,压一下量的增大将导致摩擦系数迅速减小,这主要是因为随着压下量增大,轧件表面的突起容易被碾平。当轧辊的光洁度较低时,压下量的增大将导致摩擦系数显著增大,因为此时机械咬合增强。当轧辊的光洁度甚低时,在较小的压下量范围内,摩擦系数随压下量的增大而显著减小;然后,又随压下量的增大而增大。[1]

（3）土具的表面状态

在压力加工中,土具的表面状态对摩擦的影响极大。对于不同的工具表面状态,摩擦系数的变化范围从0.50到0.05。工具的表面进行机械加工的方向不同也导致摩擦系数发生变化,即所谓摩擦异向性。工件的表面状态仅在变形初始时期对摩擦发生影响,在变形中,工件表面逐渐与工具表面贴合。氧化皮铁鳞对表面摩擦状态有很大影响。碳钢表面的氧化皮具有不同的化学成份。在加热炉中形成的一次氧化皮由三层组成。在金属表面基本上为FeO,中部为Fe3O4,内部为Fe2O3。在空气中形成的二次氧化皮由两层组成,即FeO与Fe3O4。一次氧化皮的外层很容易脱掉,而FeO强度较低,在轧制(包括辊锻)时被轧机咬入后常常打滑。二次氧化皮比较薄而且硬,在变形区内不能完全填补工具表面的不平度,工具表面沟突起会压入工件表层,这样便造成机械咬合;在氧化皮破裂处,工具与工件直接接触甚而发生粘连。模锻后的氧化皮将降低模具寿命和工件精度,氧化皮的清理工序(如酸洗)必不可少。

二、金属压力加工所用的刚

剂是压力加工中对摩擦产生影响最大的工艺因素。压力加工中使用的剂具有的性能、机理、压力加工时使用的剂对于压力加工具有重要的作用。

（一）剂应具有的性能

(1)在高压和高温下,应具有良好的性和脱模性。

(2)具有良好的成膜、冷却和绝热性。

(3)具有良好的化学稳定性、悬浮性和可喷射性。要使悬浮性和可喷射性好,剂中主要成分的颗粒应为2～5Lm以下。

(4)剂应无毒、无污染。

（二）机理

塑性加工时,油被封在制件表面的凹坑内,油中的极性团牢固地吸附在金属表面上,形成一层度为10-6mm的膜,起边界作用(图2)。

将石腊和矿物油按比例混合后,用于圆柱体镦粗时能形成流体。用于拔丝、轧制和挤压时,由于坯料与模具入口处的油楔效应(A角),油压逐渐增高,油进入接触面形成流体, 将固体剂涂抹在模具表面,由于理化作用,便在模具表面形成一层固体(胶体)膜。

（三）压力加工时使用的剂

压力加工设备(包括模具)需要的部位是各种运动摩擦副。在摩擦副中使用剂的种类有:

（1）液体剂

动植物油和矿物油是剂中的基础油,它们在金属表面只能形成边界膜。当温度高时,应在基础油中加入添加剂,使物理吸附膜转变成化学吸附膜。在高速、高温(800℃左右)和高压(2000～3000MPa)时,应在油中加入极压剂,如加入15%～20%的氯化石腊和硫化棉籽油,以形成极压膜。极压膜渗透性很强,它是层状结构。在冷塑性加工时,主要使用70号和90号机油。

（2）固体剂

固体剂多为层状结构。用于金属压力加工的主要有石墨、二硫化钼、玻璃粉及高分子材料。[2]

（1）玻璃粉:玻璃粉在高温软化后,牢固地附在金属表面起作用。它在450～2200℃温度范围内都有作用,与坯料和模具不起化学反应,绝热性好。主要用于热模压和热拉拔的模具上。玻璃粉有以磷酸盐为基的玻璃(超过400℃时熔化)和氧化铝/氧化硼基玻璃(在480～610℃范围内有良好的性)。当温度在1100℃时可用硅酸基玻璃。

（2）石墨:石墨在538℃以下具有良好的性。当温度在500℃时,可由NaF―石墨―NaPO3制成糊状物;当温度在871～1927℃时,可使用80%的金属氧化物和20%的石墨制成剂。

（3）二硫化钼:二硫化钼为鳞片状固体粉剂。它的热稳定性好,当温度在525℃时,它未完全变成氧化钼,此时仍有性。当温度高于800℃时,它就会分解;化学稳定性好,一般酸对它不起作用;抗压性好,当压力高到3200MPa时,金属表面仍不会发生咬合和熔化现象。它是塑性加工中最好的固体剂。

二硫化钼剂主要有:多效能胶体粉剂,把它添加到各种剂中,可提高剂抗磨和减磨性,同时它也是优良的耐磨涂料,在2000MPa压力下仍有性;二硫化钼油剂,它是由0.5%～4%的二硫化钼粉与各种牌号的机油混合而成,稀释后可用于加工设备和模具上,在塑性加工中主要用M28、M38、M40和M52,它们能抗水、防湿和耐高温;二硫化钼脂,除钙、锂基脂外,还有高温、高速和通用脂。

（4）聚四氟乙烯:聚四氟乙烯完全不燃烧,它的耐磨性和自性是塑料中最好的一种。如将25%、直径为0.5～0.05mm的聚四氟乙烯颗粒悬浮于机油中并加入钼化物,则能同时起到液体和干膜的作用。

参考文献:

[1]张宏远.金属压力加工中的摩擦与[J].重型机械，2001（6）.

[2]皮亚南,马露霞,卢其宜,刘燕霞.技术在金属压力加工中的应用[J]. ss锻压机械，2008，1-2.