金屬塑性加工原理

1、金屬塑性加工原理第1頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.1 概述金屬塑性加工中是在工具與工件相接觸的條件下進(jìn)行的，這時(shí)必然產(chǎn)生阻止金屬流動(dòng)的摩擦力。這種發(fā)生在工件和工具接觸面間，阻礙金屬流動(dòng)的摩擦，稱(chēng)外摩擦。由于摩擦的作用，工具產(chǎn)生磨損，工件被擦傷；金屬變形力、能增加造成金屬變形不均；嚴(yán)重時(shí)使工件出現(xiàn)裂紋，還要定期更換工具。因此，塑性加工中，須加以潤(rùn)滑。潤(rùn)滑技術(shù)的開(kāi)發(fā)能促進(jìn)金屬塑性加工的發(fā)展。隨著壓力加工新技術(shù)新材料新工藝的出現(xiàn)，必將要求人們解決新的潤(rùn)滑問(wèn)題。第2頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.2 金屬塑性加工時(shí)摩擦的特點(diǎn)及作用塑性成形時(shí)摩擦

2、的特點(diǎn)在高壓下產(chǎn)生的摩擦較高溫度下的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大在接觸面上各點(diǎn)的摩擦也不一樣1000熱壓100150MPa，冷壓5002500MPa第3頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三外摩擦在壓力加工中的作用 摩擦的不利方面改變物體應(yīng)力狀態(tài)，使變形力和能耗增加引起工件變形與應(yīng)力分布不均勻惡化工件表面質(zhì)量，加速模具磨損，降低工具壽命第4頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三外摩擦在壓力加工中的作用 摩擦的利用 例如，用增大摩擦改善咬入條件，強(qiáng)化軋制過(guò)程；增大沖頭與板片間的摩擦，強(qiáng)化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。 咬入條件ftg第5頁(yè)，共31頁(yè)

3、，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.3 塑性加工中摩擦的分類(lèi)及機(jī)理外摩擦的分類(lèi) 干摩擦 流體摩擦邊界摩擦 摩擦機(jī)理 分子吸附說(shuō)表面凸凹學(xué)說(shuō)第6頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.3.1 外摩擦的分類(lèi)及機(jī)理 干摩擦 干摩擦是指不存任何外來(lái)介質(zhì)時(shí)金屬與工具的接觸表面之間的摩擦。但在實(shí)際生產(chǎn)中，這種絕對(duì)理想的干摩擦是不存在的。因?yàn)榻饘偎苄约庸み^(guò)程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些氣體和灰塵等其它介質(zhì)。但通常說(shuō)的干摩擦指的是不加潤(rùn)滑劑的摩擦狀態(tài)。 第7頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三流體摩擦 當(dāng)金屬與工具表面之間的潤(rùn)滑層較厚，摩擦副在相互運(yùn)

4、動(dòng)中不直接接觸，完全由潤(rùn)滑油膜隔開(kāi)（圖4-3），摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部分子之間者稱(chēng)為流體摩擦。它不同于干摩擦，摩擦力的大小與接觸面的表面狀態(tài)無(wú)關(guān)，而是與流體的粘度、速度梯度等因素有關(guān)。因而流體摩擦的摩擦系數(shù)是很小的。塑性加工中接觸面上壓力和溫度較高，使?jié)櫥瑒┏Ｒ讛D出或被燒掉，所以流體摩擦只在有條件的情況下發(fā)生作用。 第8頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三第9頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三3邊界摩擦 這是一種介于干摩擦與流體摩擦之間的摩擦狀態(tài)，稱(chēng)為邊界摩擦。第10頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三表面凸凹學(xué)說(shuō) 所有經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的表

5、面并非絕對(duì)平坦光滑，都有不同程度的微觀(guān)凸起和凹入。當(dāng)凹凸不平的兩個(gè)表面相互接觸時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械咬合。當(dāng)這兩個(gè)相互接觸的表面在外力的作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互咬合的部分會(huì)被剪斷，此時(shí)摩擦力表現(xiàn)為這些凸峰被剪切時(shí)的變形阻力。4.摩擦機(jī)理 第11頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三分子吸附說(shuō) 分子吸附學(xué)說(shuō)認(rèn)為：摩擦產(chǎn)生的原因是由于接觸面上分子之間的相互吸引的結(jié)果。物體表面越光滑，實(shí)際接觸面積就越大，接觸面間的距離也就越小，分子吸引力就越強(qiáng)，因此，滑動(dòng)摩擦力也就越大。第12頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三塑性加工時(shí)接觸表面摩擦力的計(jì)算 在計(jì)算金屬塑性加工時(shí)的摩擦

6、力時(shí)，分下列三種情況考慮 1庫(kù)侖摩擦條件 這時(shí)不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動(dòng)），認(rèn)為摩擦符合庫(kù)侖定律。其內(nèi)容如下：（1）摩擦力與作用于摩擦表面的垂直壓力成正比例， 與摩擦表面的大小無(wú)關(guān)；（2）摩擦力與滑動(dòng)速度的大小無(wú)關(guān)；（3）靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。第13頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或 式中 F摩擦力； 外摩擦系數(shù)； N垂直于接觸面正壓力； 接觸面上的正應(yīng)力； 接觸面上的摩擦切應(yīng)力。 由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實(shí)驗(yàn)確定），故又稱(chēng)常摩擦系數(shù)定律。對(duì)于像拉拔及其他潤(rùn)滑效果較好的加工過(guò)程，此定律較適用。 第14頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，2

7、2點(diǎn)1分，星期三2最大摩擦條件 當(dāng)接觸表面沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，完全處于粘合狀 態(tài)時(shí)，單位摩擦力（ ）等于變形金屬流動(dòng) 時(shí)的臨界切應(yīng)力k，即： = k 3摩擦力不變條件 認(rèn)為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大小而變。其單位摩擦力是常數(shù)，即常摩擦力定律，其表達(dá)式為： =mk 式中，m為摩擦因子 第15頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.4 摩擦系數(shù)及其影響因素 摩擦系數(shù)隨金屬性質(zhì)、工藝條件、表面狀態(tài)、單位壓力及所采用潤(rùn)滑劑的種類(lèi)與性能等而不同。其主要影響因素有： 1 .金屬的種類(lèi)和化學(xué)成分 2.工具材料及其表面狀態(tài) 3. 接觸面上的單位壓力 4 .變形溫度 5.變形速度 6 .潤(rùn)滑劑

8、第16頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三 1 .金屬的種類(lèi)和化學(xué)成分 摩擦系數(shù)隨著不同的金屬、不同的化學(xué)成分而異。由于金屬表面的硬度、強(qiáng)度、吸附性、擴(kuò)散能力、導(dǎo)熱性、氧化速度、氧化膜的性質(zhì)以及金屬間的相互結(jié)合力等都與化學(xué)成分有關(guān)，因此不同種類(lèi)的金屬，摩擦系數(shù)不同。用光潔的鋼壓頭在常溫下對(duì)不同材料進(jìn)行壓縮時(shí)測(cè)得摩擦系數(shù)：軟鋼為0.17，鋁為0.18，黃銅為0.10 ，電解銅為0.17。第17頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三化學(xué)成分變化時(shí)，摩擦系數(shù)也不同。如鋼中的碳含量增加時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)減小。一般說(shuō)。隨著合金元素的增加，摩擦系數(shù)下降。 材料的強(qiáng)度、硬度

9、越高，摩擦系數(shù)就越小。因而，凡是能提高材料強(qiáng)度、硬度的化學(xué)成分都可以使摩擦系數(shù)減小。第18頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三 2.工具材料及其表面狀態(tài)第19頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三圖4-6 正壓力對(duì)摩擦系數(shù)的影響3. 接觸面上的單位壓力第20頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.變形溫度 溫度較低時(shí)，金屬的硬度大，氧化膜薄，摩擦系數(shù)小。隨著溫度升高，金屬硬度降低，氧化膜增厚，表面吸附力、原子擴(kuò)散能力加強(qiáng)；同時(shí)，高溫使?jié)櫥瑒┬阅茏儔?，所以，摩擦系?shù)增大。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，由于氧化質(zhì)軟化和脫落，氧化質(zhì)在接觸表面間起潤(rùn)滑劑的作

10、用，摩擦系數(shù)反而減小。第21頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三 變形速度的增加引起摩擦系數(shù)下降的原因，與摩擦狀態(tài)有關(guān)。在于摩擦?xí)r，變形速度增加。表面凹凸不平部分來(lái)不及相互咬合，表現(xiàn)出摩擦系數(shù)的下降。在邊界潤(rùn)滑條件下，由于變形速度增加，油膜厚度增大，導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降。第22頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.5 測(cè)定摩擦系數(shù)的方法夾鉗軋制法楔形件壓縮法塑性加工常用摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法第23頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三夾鉗軋制法簡(jiǎn)單易做，也比較精確，可用來(lái)測(cè)定冷、熱態(tài)下的摩擦系數(shù)。 RhH-=aa&sin第24頁(yè)，共31頁(yè)，2

11、022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三楔形件壓縮法與軋制過(guò)程及一般的平錘下鐓粗相似，應(yīng)用較方便，主要困難是在于較難準(zhǔn)確的確定中立面的位置及精確的測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)。 第25頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三塑性加工常用摩擦系數(shù)熱鍛時(shí)的摩擦系數(shù)磷化處理后冷鍛的摩擦系數(shù)拉深時(shí)的摩擦系數(shù)熱擠壓時(shí)的摩擦系數(shù)第26頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三4.6 塑性加工的工藝潤(rùn)滑工藝潤(rùn)滑的目的及潤(rùn)滑機(jī)理 潤(rùn)滑的目的減少工模具磨損，延長(zhǎng)工具使用壽命提高制品質(zhì)量降低金屬變形時(shí)的能耗 潤(rùn)滑機(jī)理流體力學(xué)原理吸附機(jī)制第27頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三潤(rùn)

12、滑劑的選擇 1塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求 在選擇及配制潤(rùn)滑劑時(shí)，必符合下列要求：（1）應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；（2）有良好耐高溫性能，熱加工時(shí)不分解不變質(zhì)；（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒，不污染環(huán)境；（6）使用、清理方便、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等。第28頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三2常用的潤(rùn)滑劑液體潤(rùn)滑劑 包括礦物油、動(dòng)植物油、乳液等固體潤(rùn)滑劑 包括石墨、二硫化鉬、肥皂等液-固型潤(rùn)滑劑 包括二硫化鉬油劑等熔體潤(rùn)滑劑 包括玻璃、瀝青、石蠟等第29頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)1分，星期三潤(rùn)滑劑中的添加劑 目的：為了提高潤(rùn)滑劑的耐磨、潤(rùn)滑和防腐等性能，需在潤(rùn)滑油中加入少量的活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)稱(chēng)為添加劑。要求：一般應(yīng)易溶于機(jī)油，熱穩(wěn)定性要好，且應(yīng)具有良好的物理化學(xué)性能，常用的添加劑有油性劑、極壓劑、抗磨劑和防銹劑等。第30頁(yè)，