第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
金属塑性加工
单日志页面显示设置网易首页网易博客金属塑性加工默认分类 2008-07-07 18:27 阅读620 评论0字号：大中小绪论一、金属塑性加工及其分类金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本的金属加工技术，以往常称压力加工。
金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类（见表0-1）。
其中锻造、轧制和挤压是依靠压力作用使金属发生塑性变形；拉拔和拉深是依靠拉力作用发生塑性变形；弯曲是依靠弯矩作用使金属发生弯曲变形；剪切是依靠剪切力作用产生剪切变形或剪断。
锻造、挤压和一部分轧制多半在热态下进行加工；拉拔、拉深和一部分轧制，以及弯曲和剪切是在室温下进行的。
1．锻造靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形的一种加工方法，有自由锻和模锻两种方式。
自由锻不需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高，主要用于轴类、曲柄和连杆等单件的小批生产。
模锻通过上、下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件，适于大批量的生产，生产率也较高，是机械零件制造上实现少切削或无切削加工的重要途径。
2．轧制使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使其横断面面积减小与形状改变，而纵向长度增加的一种加工方法。
根据轧辊与轧件的运动关系，轧制有纵轧、横轧和斜轧三种方式。
（1）纵孔两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直，金属不论在热态或冷态都可以进行纵轧，是生产矩形断面的板、带、箔材，以及断面复杂的型材常用的金属材料加工方法，具有很高的生产率，能加工长度很大和质量较高的产品，是钢铁和有色金属板、带、箔材以及型钢的主要加工方法。
（2）横轧两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平衡，轧件获得绕纵轴的旋转运动。
可加工加转体工件，如变断面轴、丝杆、周期断面型材以及钢球等。
机械设计习题集1-5章
机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章 机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。
1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。
1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方面的要求。
问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件构件 通用零件 专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。
1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。
1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处A -1B 0C 0.5D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。
A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。
A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。
AF H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。
A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。
4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )和( )。
2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。
则其应力幅a τ=( )、平均应力τ τm τ=( )、循环特性r =( )。
2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )。
2-10 零件发生的( )现象称为振动。
2-11 零件或系统在规定的时间内和规定的条件下能正常工作的概率称为( )。
摩擦.磨损.润滑及润滑剂概论
第一章摩擦.磨损.润滑及润滑剂概论摩擦、磨损、润滑的种类及其基本性质│润滑剂及其基本性能指标│润滑剂的种类一、摩擦.磨损.润滑的种类及其基本性质摩擦、磨损、润滑是一种古老的技术，但一直未成为一种独立的学科。
1964年英国以乔斯特（Jost）为首的一个小组，受英国科研与教育部的委托，调查了润滑方面的科研与教育状况及工业在这方面的需求。
于1966年提出了一项调查报告。
这项报告提到，通过充分运用摩擦学的原理与知识，就可以使英国工业每年节约510,000,000英镑，相当于英国国民生产总值的1%。
这项报告引起了英国政府和工业部门的重视，同年英国开始将摩擦、磨损、润滑及有关的科学技术归并为一门新学科--摩擦学（Tribology）。
摩擦学是研究相互作用、相互运动表面的科学技术，也可以说是有关摩擦、磨损及润滑的科学与技术统称为摩擦学（Tribology）。
科学地控制摩擦，中国每年可节省400亿人民币。
故改善润滑、控制摩擦，就能为我们带来巨大的经济利益。
中国工程院咨询研究项目《摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究》调查显示，2006年全国消耗在摩擦、磨损和润滑方面的资金估计为9500亿元，其中如果正确运用摩擦学知识可以节省人民币估计可达到3270亿元，占国内生产总值GDP的1.55%。
美国机械工程学会在《依靠摩擦润滑节能策略》一书中提出，美国每年从润滑方面获得的经济效益达6000亿美元。
1986年，中国的《全国摩擦学工业应用调查报告》指出，根据对我国冶金、石油、煤炭、铁道运输、机械五大行业的调查，经过初步统计和测算，应用已有的摩擦学知识，每年可以节约37.8亿元左右，约占生产总值（5个行业1984年的可计算部分）的2.5%。
润滑油的支出仅是设备维修费用的2%～3%。
实践证明，设备出厂后的运转寿命绝大程度取决于润滑条件。
80%的零件损坏是由于异常磨损引起的，60%的设备故障由于不良润滑引起。
中国每1000美元产值消耗一次性能源（折合石油）为日本的5.6倍，电力为日本的2.77倍，润滑油耗量为日本的3.79倍。
机械设计习题集(全)
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性
2-2 因为钢材的种类和热处理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的
( )并无实效。
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性
2-3 静应力的循环特性 r=( )。
A -1 B 0 C 0.5 D 1
2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。
A 增大 B 减小 C 不变 D 可能增大也可能减小
σe为____。
(A) 0.17 (B) 0.24 (C) 0.27 (D) 0.37
3-13 一零件由 20Cr制成,已知对称循环许用应力[σ -1]=95Mpaf零件的等效系数ψ σe=0.2.则脉 动循环许用应力[σ 0]为_____MPa. (A) 79.2 (B) 950 (C) 158.3 (D) 380
(A) 4.27 (B) 2.89 (C) 2.598 (D) 1.76
3-16 若材料疲劳曲线的指数m=9，则以对称循环应力σ 1 =500MPa作用于零件N1=104次以后，
它所造成的疲劳损伤，相当于应力σ 2 =450MPa作用于零件_____次。
(A) 0.39×104
(B) 1.46×104
数为____次。 (A) 6.25×105
(B) 9.34×104
(C) 1.09×104
(D) 4.52×104
3-20 在应力变化过程中，如果周期、应力幅和平均应力有一个不相等，则称为( )． A 稳定变应力 B 非稳定变应力 C 脉动循环变应力 D 非对称循环变应力
3-21 对于受循环变应力作用的零件，影响其疲劳破坏的主要因素是( )。
问答题
3-33 疲劳曲线和极限应力图在表示材料极限应力方面的主要区别是什么?
浅谈金属压力加工中的摩擦与润滑
浅谈金属压力加工中的摩擦与润滑摘要：在金属压力加工过程之中，摩擦和润滑无疑是其中不可忽视的工艺因素。
变形金属与变形工具之间的摩擦力，绝大部分情况下，都是有害的摩擦力，仅有如轧辊咬入金属这种极少数的情况下的摩擦力，才会对金属压力加工过程产生促进作用。
为此，在金属压力加工过程中，润滑剂的使用就变得十分重要。
本文结合笔者实际工作经验，简要分析了金属压力加工过程中的摩擦与润滑，以期能为相关工作者提供一定参考。
关键词：金属压力加工；摩擦；润滑1摩擦和润滑的机理摩擦于金属压力加工中，主要分为如下几种类型：吸附摩擦、液体摩擦、干摩擦，以及另外两种混合摩擦，半液体摩擦与半干摩擦。
在压力加工过程中，金属工件的晶体在外力的作用之下，沿着滑移方向于晶间的滑移面上出现滑移。
宏观的金属塑性变形，在数个滑移单元一同协调作用时，就会产生。
因此，实质上塑性变形，就是表层金属的剪切流动变形过程。
为此，金属压力加工中摩擦力，就是克服流动剪切力。
若是在金属压力加工过程中，将润滑剂加入到工件和工具之间的空隙处，则能够一定程度啥还给你减少接触载荷，使得摩擦应力能维持在一个较低的状态。
通常工具表面都覆盖有一层氧化膜，同时还或多或少存有一些因为化学和物理作用而吸附的有机物质与水蒸气。
正是由于有着化学吸附和金属表面所形成的边界润滑膜，实际接触部分的摩擦力不会很大。
虽然，润滑剂分子和金属表面互相吸引，会形成定向排列的分子棚，层间剪切阻力也比较小。
但工件和模具间的界面，难以出现平直光滑这一理想的状态，因而，较易破坏吸附层表面，形成半干摩擦。
金属和润滑剂之间的分子作用力，决定了润滑剂吸附层内分子的定向排列。
分子的定向排列明显增强，则润滑剂之中有着表面活性分子式，为此，在非极性介质中加入带有表面活性的物质，会使润滑的效果得以很大改善。
2金属压力加工中摩擦的特点和影响因素2.1摩擦的特点（1）压力高且接触面积大。
金属压力加工过程中的单位压力，通常是500兆帕。
金属压力加工中的摩擦与润滑
金属压力加工中的摩擦与润滑摘要:在金属压力加工的过程中，摩擦与润滑是其中比较重要的工艺因素。
对于影响摩擦的因素，润滑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；润滑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,通常需要进行工艺润滑。
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润滑的规律,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。
摩擦与润滑基本知识
摩擦与润滑基本知识1.摩擦产生的原因：当接触表面粗糙度较大时，接触表面凹凸不平处相互啮合，摩擦力的主要因素表现为机械啮合；当接触表面粗糙度较小时，两接触面的分子相互吸引，摩擦力的主要因素表现为表面分子的吸引力。
2.根据物体的表面润滑程度，滑动摩擦可分为干摩擦、液体摩擦、界限摩擦、半液体和半干摩擦等。
2.1干摩擦：在摩擦表面之间，完全没有润滑油和其他杂质，摩擦表面之间作相对运动时所产生的摩擦叫做干摩擦。
例如制动闸瓦与制动轮作相对运动时即产生干摩擦。
2.2液体摩擦：在两个滑动摩擦表面之间，由于充满润滑剂，因而表面不发生直接接触，摩擦发生在润滑剂的内部，叫液体摩擦。
例如空气压缩机的主轴瓦。
2.3界限摩擦：两个滑动摩擦表面之间由于润滑剂供应不足，无法建立液体摩擦，只能依靠润滑剂中的极性油分子在摩擦表面形成一层极薄的油膜，属于液体摩擦过渡到干摩擦的最后界限。
3.零件磨损的主要形式：3.1磨粒磨损：有硬质微粒进入摩擦表面间时，摩擦表面被硬粒切下或擦下切屑而形成的刮伤。
3.2刮研磨损：由摩擦表面的微观不平度而发生的磨损，主要是较硬的一面对较软的一面形成切削。
3.3点蚀磨损：表面上有重复的接触应力，在表面上引起微观裂痕，这些裂痕逐渐扩大，形成麻斑式的剥落。
3.4胶合磨损：摩擦表面润滑油不足，当滑动速度较高、压强过大时，局部的摩擦变形热量和塑性变形热量，使较软的材料局部熔化，粘在另一表面上而被撕下来的磨损。
3.5塑性变型：表面发生了塑性变形的一种摩擦。
3.6金属表面的腐蚀：金属表面层氧化，变成松软多孔，易于脱落，丢失耐磨强度的状态。
实例一，摩擦的规律：同类纯金属间的摩擦因数比异类纯金属间和同类合金间的摩擦因数大得多。
4.影响磨损的因素和减小磨损的途径4.1润滑：轴径与轴瓦建立液体摩擦的必要条件是a、合适的间隙配合，确保油膜形成；b、润滑油充足，具备必要的压力和速度；c、轴径要有足够的转速；d、轴径与轴承配合表面的加工精度要适当；e、注油孔和油槽要设计在轴承承载区以外。
第4章 摩擦、磨损及润滑复习题
第2章 机械零件的强度复习题一、选择题2-1．下列四种叙述中，________是正确的。
A ．变应力只能由变载荷产生 B ．变应力只能由静载荷产生 C ．静载荷不能产生变应力D ．变应力也可能由静载荷产生2-2．发动机连杆横截面上的应力变化规律如题2-2图所示，则该变应力的循环特性系数r 为________。
A ．0.24B ．–0.24C ．4.17D ．–4.172-3.应力的变化规律如题2-2图所示，则应力副a σ和平均应力m σ分别为_______。
A ．a σ = 80.6 MPa ，m σ= 49.4 MPaB ．a σ = 80.6 MPa ， m σ= -49.4 MPaC ．a σ = 49.4 MPa ， m σ= -80.6 MPaD ．a σ= -49.4 MPa ， m σ= -80.6 MPa 2-4. 变应力特性可用max σ、min σ、m σ、a σ和r 五个参数中的任意________来描述。
A ．一个B ．两个C ．三个D ．四个2-5．零件的工作安全系数为________。
A ．零件的极限应力比许用应力B ．零件的工作应力比许用应力C ．零件的极限应力比零件的工作应力D ．零件的工作应力比零件的极限应力2-6．机械零件的强度条件可以写成________。
A ．σ≤][σ，τ≤][τ 或 σS ≤σ][S ，τS ≤τ][S B ．σ≥][σ，τ≥][τ 或 σS ≥σ][S , τS ≥τ][S C ．σ≤][σ，τ≤][τ 或 σS ≥σ][S , τS ≥τ][S D ．σ≥][σ，τ≥][τ 或 σS ≤σ][S , τS ≤τ][S2-7．在进行材料的疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的________。
A ．屈服点 B ．疲劳极限 C ．强度极限D ．弹性极限2-8． 45钢的对称疲劳极限1-σ=270MPa ，疲劳曲线方程的幂指数m = 9，应力循环基数N 0 =5×106次，当实际应力循环次数N =104次时，有限寿命疲劳极限为________MPa 。
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摩 擦 系数0.08
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0
200
600
1000
1400
1800
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
0.4 0.3 0.4
0.2 0.2 0.1
0
0
℃
200
400
600
800
400
600
800
℃
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 概述 §4. 2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
§4. 3 塑性加工中摩擦的分类及机理 §4. 4 摩擦系数及其影响因素 §4. 5 测定摩擦系数的方法 §4. 6 塑性加工的工艺润滑
§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.
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)润滑剂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)润滑剂应有良好耐高温性能,在热加工时,润滑剂应不 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)润滑剂要求使用,清理方便,来源丰富,价格便宜等.
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
§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
§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
润滑剂的选择
其数学表达式为: F = N 或 τ = σ N 式中 F——摩擦力; ——外摩擦系数; N——垂直于接触面正压力; σ ——接触面上的正应力; τ ——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.
N
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( τ )等于变形金属流动 时的临界切应力k,即: τ =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: τ =mk 式中,m为摩擦因子
2.常的润滑剂
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 熔体润滑剂
润滑剂中的添加剂
润滑油中的添加剂,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.
润滑方法的改进
1.流体润滑 2.表面处理 (1)表面磷化处理 (2)表面氧化处理 (3)表面镀层
§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
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.
§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
0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09
�
§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
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 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.