金属加工工艺的润滑特点

金属加工工艺的润滑特点
金属塑性（成型）加工是指利用模具使金属在应力下塑性变形，如轧、拉拔、冲压、挤压等。

通常把金属变形用的润滑剂称为金属加工工艺用液体。

本节只叙述金属加工工艺用液的相关内容，关于金属成型设备，如：轧机、锻锤、压力机及油膜轴承的润滑，详见钢铁冶金机械的润滑。

一、金属成型加工工序的类别及金属塑性加工工艺用润滑剂的分类：
1、金属成型加工工序的类别：金属成型过程分为初级成型和二次成型过程的，在成型加工中从熔融金属到成品零件的完成一般的加工工序是：铸模成型、热轧、热压、冷轧、拉拔或冷压。

热加工过程通常用于初级加工或大变形加工过程。

这部分过程通常包括：锻造、轧制、挤压、拉杆、拉丝、制造无缝管。

二次成型过程主要指薄板成型过程（含冲压），涉及一系列的零件形状，该过程可以按许多方式分类，在此不做详细说明。

2、金属成型润滑剂的分类：
ISO于1986年通过IS06743/7，按油基、水基将加工液分为 MH和 MA两大类，又根据每类的化学组成、应用各分为8类和9类，共17类，该标准将目前众多的金属加工液的品种均可包含进去，我国已等效采用了该标准，制定了 GB7631.5。

以下的分类是根据溶液介质状态进行分类。

1）、纯油型：
包括矿物油、动植物油及其混合物，通常加入含硫、磷、氯的极压抗磨添加剂，具有良好的润滑性，用在负荷大的工序，但冷却性能较差。

从环保的角度，现在惰性极压添加剂（PEP）有取代含磷硫添加剂的趋势。

2）、可溶性油：
含80%以上的油，加入乳化剂、添加剂和水，形成不透明的乳化液，胶体颗粒大于1微米，既具有纯油性润滑剂的良好润滑性，也具有水溶液的良好的冷却性，而且能减少着火的危险，使用时需稀释，比例大约是20：1，缺点是容易被细菌污染变质。

同时可用于有色金属的加工，PH值保持在8-9之间。

3）、半合成液：
基本上是水溶液，含有少量的油（10-30%），乳化颗粒很少（0.05-1.0微米）,半合成液化的冷却性能比可溶性油好但润滑性则不如可溶性油.外观与乳化颗粒大小有关,使用时需要稀释.
4)、合成液：
不含油的透明水溶液，添加剂加入量可达50%，使用时需要稀释成2-10%水溶液。

具有极好的冷却和清洁作用，滑性因添加剂不同有很大区别。

缺点是废液不容易处理。

二、金属成型润滑剂的作用及性能：
1、金属成型润滑剂的的作用有如下几个方面：
1）、减少摩擦，对被加工金属和模具起到润滑、冷却的作用，从而减少动力消耗；
2）、减少模具磨损，延长工模具的使用寿命；
3）、改善加工金属表面的质量及精度，提高光洁度；
4）、控制温度、控制加工工件在加工过程中的热损失所造成的温度梯度以减少加工变形，并起散热和隔热的作用，一防止工件急冷和模具的热冲击；
5）、保护加工金属表面不受氧化或绣蚀。

2、金属成型加工润滑剂的性能特点：
金属润滑剂的性能特点因不同的成型操作方式而异，以下按金属成型加工工序：锻造、轧制、挤压、拉拔和薄板成型五个工序来作出说明：
1）、锻造润滑剂
锻造的定义：在开式模中压缩或镦粗以及在闭式模中使粗胚成型的过程。

作为锻造润滑剂应具备以下特性：
A：均匀的湿润表面以防局部无润滑；
B：不能有残渣的存在，会影响表面质量和加工精度；
C：不能腐蚀模具，同时给模具提供保护涂层；
D：具有一定的冷却作用；
E：适合用于自动给料，最好适合用于喷涂方式；
F：不污染环境，不形成对身体有害的物质；
G：存储安定性好；
H：浓缩型润滑剂可稀释成满足不同润滑要求的锻造工艺。

锻造过程中的润滑剂的使用方法主要是喷涂或用刷子刷涂，固体层状润滑剂（C或MOS2）也可以和聚合物一起用于模具表面。

自动喷涂设备的发展能均匀有效的应用润滑剂。

以下按锻造的方式分别简述润滑剂的使用：
冷锻：一般用复合润滑剂，如果金属变形小，如镦或压的的情况下，则用高粘度流体，如冲击速度高，则采用底粘度润滑剂。

典型的使用：磷酸盐涂层适用与碳钢或低合金钢，草算盐涂层适用于不绣钢。

温锻：受温度的限制，大多数有机类润滑剂不能使用，而必须以固体润滑剂或无机盐。

热锻：温度400-1650度，润滑剂通常是油基或水再添加固体润滑剂。

对于镍合金、高熔
点合金和钛，由于温度高需要用玻璃涂层，润滑的同时起到防止氧化。

对于活性金属或粉末金属的锻造则要用包覆工艺。

旋锻：冷锻的一种，利用润滑剂膜可以延长模具的使用寿命和增加表面光洁度。

西班牙老鹰Brugarolas公司的BESTRIL65 AG、75 AG含石墨添加剂，广泛用于铜和钢的锻造和冲压。

2）、轧制
轧制分为冷轧和热轧，以再结晶温度为区分点。

轧制中的润滑剂的主要功能是减少摩擦和轧辊的磨损。

控制温度是润滑剂的另一个功能。

冷轧：冷轧一般用于生产带材，其轧速较高，在轧辊与轧件之间形成、保持一定厚度的润滑剂膜是进行有效润滑的必要条件，楔形油层靠轧辊转动而形成油膜，通常为混合润滑状态，该状态是不稳定的随轧制过程工艺参数的变化而变化。

主要因素是轧辊直径、轧制速度、轧辊粗糙度及道次压下量。

润滑剂的选择不仅取决与设备和产品的质量要求，还取决于对润滑作用或冷却作用所需控制的方式。

但对润滑剂的最基本的要求能显著减低摩擦，保证轧件的表面光洁度同时具有较强的冷却作用。

现在水基型润滑剂有取代油型的趋势。

板材热轧：热轧的温度与锻造的温度相近，热轧润滑时一般属边界润滑状态，钢材可以干轧。

热轧铝材不能干轧，因为干轧时轧辊会粘上铝及其氧化物，使轧制作业不能正常进行。

钢材热轧时温度在800-1250之间，变形区的辊面温度高达450-550，必须不断的用大量的水冷却轧辊，所以润滑剂必须具有以下特性：A：对辊面有良好的附着力，不易被水冲洗；
B：高温下有良好的热稳定性；
C：对环境无污染。

型材的轧制：型材的复杂面使轧辊与轧件接触面之间产生高速相对运动，虽然润滑剂的使用和板材的轧制类似，但由于操作条件更加苛刻，因此在供给系统上要采取一些特殊的措施。

管材热轧用石墨悬浮液、盐溶液或其他用于热轧的润滑剂，冷弯型材和管材冷轧时，使用冷轧润滑剂，但冷弯型材要特别注意润滑剂的防锈功能。

西班牙老鹰Brugarolas公司用于金属成型的BESTRIL系列润滑剂，在有色金属和合金的轧制工艺中有良好的表现，如：BESTRIL 190 、BESTRIL 192 、BESTRIL 710，不含氯，用于铜及青铜的轧制。

3）、挤压：
挤压的定义；是金属材料的截面作显著的改变，并迫使其沿正向或反向通过一定形状和尺寸模孔的工艺过程。

挤压工艺特别适合用于加工高精度和复杂截面的型材，如：齿轮、精密管材和型材、钻头等。

只需要做少量加工或不需再加工。

采用挤压润滑剂可减少摩擦应力，使金属更加均匀的流动，可增加模具的使用寿命和降低温升。

用于锻造润滑的众多润滑剂也适用于挤压，由于工件材料有高的强度，因此模具中的应力很高，所以冷挤压对润滑较高，常用润滑剂有石墨或草算类涂层，随后用皂、蜡或聚合物做润滑剂。

热挤压温度高达2200度，石墨的润滑效果很难满足要求，一般采用玻璃作润滑剂，玻璃的熔点必须与热挤压温度相适应。

4）、拉拔：
拉拔的定义：将圆柱形毛胚拉过锥形模孔而使其截面缩减和长度增加的过程。

通常是冷加工过程。

拉丝是一个连续和稳定的过程，拉管才和杆材是间歇作业。

润滑剂可降低拉拔应力和能耗，减少模具拉裂和保持较低温度。

由于拉制产品的表面的光洁度是一项很重要的指标，为保持润滑膜的厚度，选择合适的润滑油的粘度是非常关键。

拉拔作业有两种基本的润滑方法：干式和湿式：
干式拉伸：固体或半固体润滑剂加在石灰涂层或转化涂层上，再涂覆到进入模具的材料表面；
湿式拉伸：整个系统浸在润滑剂中，润滑很充分，一般用乳化液，有良好的冷却效果。

管材拉拔：拉管的过程中，润滑是极关键的因素。

固定顶头拉伸时，通常不希望有摩擦力；游动顶头拉伸时希望有适当的摩擦力以减少轴向拉应力作用下拉断的倾向。

线材拉拔：由于金属丝与模具间的快速相对运动，润滑剂通过降低应力减少金属丝的粘着，塞滞和断裂的倾向，同时提高模具的寿命，降低设备功率的消耗。

润滑剂一般含有极压添加剂的乳化液，以及固体润滑剂：石墨，MOS2、滑石等。

弯管：在用弯管时，管的内外表面需要不同的润滑剂，。

顶头与内表面之间一般用粘稠的矿物油或膏壮物作为润滑剂；管的外表面与模具之间需要用低粘度润滑剂。

在润滑剂的选择时要考虑减少清洗的困难。

西班牙老鹰Brugarolas公司的BESTRIL 248、BESTRIL260、BESTRIL540、BESTRIL590粘度低，易挥发，不含氯广泛用于钢、铝和铜的拉拔工艺。

5）、薄板成型：
薄板成型有名冷冲压，是将各种不同规格的金属板料或胚料，在室温下对其施加压力使之变形或分离而获得所需各种形状零件的一种加工工艺。

冷冲压对表面粗糙度有很高的要求，所以有效的、连续的和均匀的润滑作用对得到良好的外形尺寸和表面光洁度很重要，润滑剂的应用方法是辊式涂抹、刷滴流或喷涂。

精密冲裁的润滑剂的润滑性和清静性是两个需要关注而有矛盾的面，所以一般利用低粘度润滑剂，其中再添加极压添加剂。

西班牙老鹰Brugarolas公司的BESTRIL 590适合用于镀锌板的成型，BESTRIL 575适合用于钢和铝板的冲压；BESTRIL 2050作为压铸合金的脱模剂。