第四章金属塑性成形中的摩擦和润滑2009.ppt

4—2．塑性成形中摩擦的分类和机理 第三节 摩擦系数及其影响因素 金属塑性成形原理 第四章 金属塑性成形中的摩擦 一、摩擦系数 1、库仑摩擦条件 不考虑接触面粘合现象（即全滑动），认为摩擦符合库仑定律， 其内容如下： ?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； ?摩擦力与滑动速度无关； ?静摩擦系数大于动摩擦系数。 T——摩擦力； τ——摩擦切应力； σn ——接触面上的正应力 数学表达式为 由于摩擦系数为常数（由试验确定），故称为常摩擦系数定律。 这个定律里库仑先生在两百多年前结合实验得出的，它对一般的工程问题比较适用。但是它还有在一定的局限性。 当摩擦表面非常光滑时μ很小，摩擦力反而增加。这与定律矛盾。 当摩擦面承受很大的压力时，摩擦力与法向载荷不成比例关系。 静摩擦系数大于动摩擦系数，有某些粘弹性材料，它的静摩擦系数不一定大于动摩擦系数。 摩擦力的大小与接触面积无关。 摩擦力与两接触面相对滑动速度无关。 2、最大摩擦力条件（完全处于粘合状态） 这时 ∴ μ极限为： 式中μ=0.5 Tresca条件下最大摩擦系数。 μ=0.577——Mises条件下最大摩擦系数 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状态时，摩擦切应力（τ）等于变形金属流动时的临界切应力K。摩擦切应力τ不能随σn的增大无限制地增大。 ∵ 被加工金属的接触面将产生塑性流动，σn=Y（拉伸屈服强度） 根据屈服准则： 3 常摩擦力条件 Tresca Mises 认为接触间的摩擦应力，不随正压力大小而变化，摩擦力τ是小于其最大剪应力K的常数。 式中m为摩擦因子，是随变形条件而变的常数，m的变化范围为0～1。有时为了应用上的方便，可将常摩擦力条件写成和库仑摩擦力相似的形式。 材料2009-5.4第11周1-2节 二、影响摩擦系数的主要因素 1、金属化学成分 一般认为硬度越高，耐磨性越好。钢的含碳量及合金元素增加，材料越硬，μ越小。 这主要受材料接触面粘合性影响。例如，在同样外界条件中，铝与钢接触时的摩擦系数要大于钢与钢接触时的摩擦系数。 例如：把很软的金属铟半球用1N的压力压到钢上，则必须使用1N的力才能把它们分开，而把铟球换为铜球，球就会马上松开。 ?2、表面质量 表面质量越好，μ小。 一般来说，在塑性变形中，毛坯和模具表面加工的粗糙度都有限，不会出现由于分子吸附力增加，而使摩擦系数增加的现象，因此尽可能减少表面粗糙度值，来减少摩擦系数。 3、接触面上单位压力 ?单位正压应力σn较小时，表面分子吸附作用不明显，μ可认为是常数。 ?μ随σn增加而增大，当 σn达到一定程度后，μ趋于稳定。 金属塑性成形原理 第四章 金属塑性成形中的摩擦 μ随温度T增高而增大，当T达到一定值时，μ又下降。 主要原因： ?低温时，随温度T增加，金属表面粘附的氧化膜质地较硬，氧化膜增厚，μ增大。 ?温度升高时，金属的强度降低、μ又下降。 ?高温时，随着温度继续升高，氧化皮变软或脱落，可能熔化而从固相变为液相，形成一层隔绝层，起到了润滑作用，μ又减少。 4、变形温度 ?变形速度增加，摩擦系数下降： ?干摩擦时，变形速度增加，表面凹凸部分来不及相互咬合，导致摩擦系数下降。 ?边界摩擦时条件下，变形速度增加，油膜厚度增大，润滑条件得到改善，从而使摩擦系数下降。 5、变形速度 第四节 摩擦系数的测定方法 一、夹钳——轧制法 这种方法的基本原理是利用轧制时力的平衡条件来测定摩擦系数。 实验时用钳子夹住板材的未轧入部分，钳子的另一端与弹簧测力仪相连，由弹簧测力仪可测得轧辊打滑时的水平力T。 推导过程： 轧辊打滑时水平方向上力的平衡公式，对板料： Pn可以由测定轧锟轧制力P求出，对轧锟： 由于 很小， ←可省略 故 Pn 求咬角α，由几何关系知： 由于Pn、T可测得，由 即可求出摩擦系数μ 上式第二项可以忽略， 夹钳——轧制法的特点： ?简单； ?比较准确。 ?可用来测定冷、热态下的摩擦系数。 1、原理：它的主要原理是依据圆环内径的变化随摩擦系数而变化。 二、圆环镦粗法 圆环镦粗法是把一定尺寸的圆环试样放在平砧上镦粗。由于试样接触摩擦系数的不同，圆环内、外径在压缩过程中将有不同的变化。 在任何情况下，外径总是增大的，而内径随摩擦系数而变化，或增大或缩小。 ?当μ=0时，圆环内外径都增加达到最大值。 ?当μ很小时，圆环内外径都增加，但内外径扩大量逐渐减少。 ?当μ增加，并超过某一定值，内径开始减少，而外径扩大。 在圆环 中就会出现一个以Rn为 半径的分流面。 ?分流面以外的金属向外流动； ?分流面以内的金属向内流动。 镦粗（..\第一章 绪论\锻压连接源文件\duncu.exe整体或