塑性加工摩擦学.docVIP

塑性加工摩擦学(tribology in metalforming) 研究塑性加工过程中，工具与工件接触表面由于相对运动而发生的一系列物理、化学、力学等变化规律的基础科学。是金属塑性加工的主要基础理论之一。摩擦对金属塑性加工过程和加工产品的质量有重要的影响。塑性加工摩擦学的基本任务是按照摩擦学的基本原理，结合塑性加工时的摩擦特点，研究塑性变形中的摩擦、磨损和润滑问题，控制摩擦的不利方面，利用其有效方面，达到节能、降低工具消耗、不断提高产品质量和效率。摩擦是人类生产和生活中普遍存在的现象，它既有不利的一面，也有不可缺少的一面。在塑性加工中，例如在轧制钢锭的初轧机上，常在轧辊表面上刻痕以增加摩擦，增大咬入角便于钢锭的咬入；而在冷轧薄板时，为了降低轧制压力，提高表面质量和控制板形，需要将轧辊磨光甚至抛光，并加上良好的润滑以降低摩擦。在摩擦过程中将发生一系列物理、化学和力学的变化，因而摩擦学是涉及多种学科领域的综合性学科。但是过去这门学科的研究和发展并未得到重视，对摩擦、磨损和润滑的研究往往是孤立地进行，因此无法全面、系统地看到它在工程中的重要性、普遍性和复杂性，也阻碍了对它进行更深入的科学研究。例如，自然界中的金属在7000年以前就被锻打成形，但对成形过程中润滑剂的重要性的认识却是相当近代的事。以下从塑性加工的几个方面简要叙述其摩擦和润滑的发展概况。 摩擦和润滑及发展历史 锻造是问世最早的塑性加工技术、自然界中的金、银、铜等在公元前5000年就被锻打成薄片并制成首饰和工具。当时进行塑性冷加工时并未采用任何润滑措施，但往往也无意中认识到某些物质的润滑作用而加以利用。如为了制取色泽光亮的金叶而把黄金薄片置于动物毛皮问进行锻打。公元前4000年就知道铜的退火，且热锻必须在退火后立即进行，因氧化铜是接触界面良好的润滑剂。最早出现于公元前7世纪的古铜币就是用模具锻压成形的。到18世：25用钢材制造火枪零件时，为了使其具有互换性而采用模锻的方法，加工中使用锯末、薄层重油或石墨与油的混合物作润滑剂。 拉拔润滑自公元1世纪时就开始采用，当时用钢模拉制铅锡合金，用橡木模拉制金、银丝，在支撑模板上刻有沟槽来供给润滑剂，到14世纪开始用水作润滑。然而第一部关于拉拔润滑的资料却出现得很迟。比林格希欧(Biringuccio)认为，在拉拔金、银丝时必须用新的蜡涂在其表面，这除了可使材料易于通过拉拔模外，还能使丝材表面呈现金黄光亮的色泽。18世纪在拉拔铁丝时涂抹肥皂进行润滑，而在欧洲北部则使用猪油，南部用菜子油，在德国拉丝中心阿尔特纳(Altena)则采用橄榄油。拉拔加工中的表面处理工艺最早是在阿尔特纳使用砖灰和砂子用手工进行表面清理作为拉拔前的准备工序，这种方法延续使用了几个世纪。到17世纪才出现应用水轮机将含有细砂的高压水对成捆的钢条进行表面处理的工艺，清理后的表面进行拉拔时用油或脂润滑。公元1650年左右，格德斯(J．Gerdes)发现了金属表面处理的应用价值，即最早发现了黄化处理技术。这种方法几乎沿用了150年之久。到19世纪中叶，酸洗、蘸石灰、烘干等才开始应用于钢材的拉拔。湿拉工艺是使用油、乳化液或脂作润滑，在欧洲一直沿用至今，并且还在表面镀上一层铜(见镀铜)或铜一锡合金。影响丝材拉拔的最新变革是1923年硬质合金模具的采用和1934年拉拔前的磷化处理。 轧制是公元15世纪首先用于铅和金的冷加工的，到16世纪轧制窄合金带制造货币。18世纪开始热轧宽的铅板，冷轧有色金属板并逐步增加宽度。但是在轧制铜和铜合金时进行润滑却是20世纪的事，通常使用矿物油及其与动植物油或脂的混合物作润滑剂。在20世纪盛行的铝板的冷轧中，首次系统地对润滑剂进行了研究，选用含少量添加剂如羊毛脂的轻质矿物油用于低速轧制时的工艺润滑，其产生的油斑的倾向小。在同一时期低速冷轧窄带钢时，使用矿物油润滑和进行水冷已足够了。德国是最早开始生产镀锡板的，大约在1790年前后仍然是用热叠轧(见叠轧薄板生产)的方法生产。随着镀锡板需求量的不断增长，冷轧宽镀锡板得到发展，原来采用的以矿物油为主的润滑剂已不能满足要求。到1930年，提出用棕榈油作为镀锡板生产线上的轧制润滑剂。这种润滑剂从美国推广到世界各地，直到今天仍然是人们公认的高质量润滑剂。随着近代高速轧制带来的温升问题，用乳化液作润滑开始得到重视。 基础理论 早在公元1508年，意大利的达?芬奇(L．da Vinci)对摩擦学学科的早期发展作出了较大贡献。他首先提出了经典的摩擦理论，认为摩擦力与载荷成正比(摩擦第一定律)，而与名义接触面积无关(摩擦第二定律)。他还提出摩擦力的大小为荷重的1／4，即摩擦系数约为0．25。1699年，法国的阿芒东(Amonton)通过实验验证了上述两条摩擦定律。1780年库仑(Coulomb)发展了摩擦理论，假设摩擦