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

赵凯 杨兴

天津钢管制造有限公司 天津市 300308

摘要：摩擦与加工作为金属压力加工中的重要组成因素，有着不可忽视的地位，想在金属压力加工中使金属制造的企业效能有所突出，就必须充分重视金属压力加工中的摩擦与润滑。本文从金属压力加工中摩擦与润滑的作用机制着手，逐一对金属压力加工中摩擦和润滑的影响因素或者重点特征进行简要浅析，意在突出金属压力加工中摩擦与润滑的特殊作用，希望能在理论方面提供一些参考价值。

关键词：金属压力加工；摩擦和润滑；现代金属冶炼技术

一、在金属压力加工中摩擦与润滑的作用机理

（一）金属压力加工中摩擦的作用机理

在金属压力加工产业的过程当中，摩擦主要以干摩擦、边界摩擦、液体摩擦这三种形式的方式存在。除此之外，半干摩擦和半液体摩擦这两种和类型的摩擦又是比较特殊的存在。在金属压力加工的过程当中，外部力量的推动作用让金属材质的晶体随着一定移动方向在晶体间滑移面上发生了滑移，就是这一个个的推动滑移在多个单位条作用的过程中，产生了宏观意义上的金属变形，也是我们常说的金属压力加工的由来。这个金属压力加工过程中的补偿流动剪切力就是我们常说的金属压力加工的摩擦，也称金属压力加工的摩擦力。而金属压力加工的摩擦力又由摩擦接触面积以及剪切强度极限这两方面的因素构成。

（二）金属压力加工中润滑的作用机理

在金属压力加工中，摩擦力并不是百利而无一害，为了减轻部分元件的摩擦力，就与之相对的又有了一个名词——润滑。即在金属压力加工的过程中，假如工具与元件之间的间隙位置上有润滑剂的附着，那么相应的润滑剂就会承受来自金属压力加工过程中的一部分接触负荷，我们也将这种作用称之为摩擦应力。

提到润滑，就不得不先讲一讲金属压力加工中工具与元件之间的接触率。参与金属压力加工的用具表面常情况下会覆盖着一层氧化膜，除此之外，还会有一些因为物理作用或者化学作用而吸附来的水蒸气或者有机物质。正是因为金属表层与化学作用形成在边界的起到润滑作用的薄膜的存在，才使得金属压力加工中工具与元件之间的接触率变小，相应的两者之间实际接触的摩擦也会有所减少。

这主要是因为在金属表层，虽然不存在工具元件之间界面绝对平直光滑的理想状态，但是由于润滑剂分子定向排列所形成的分子吸附层，拥有相对较低的层间剪切阻力，所以有所吸附的表层更易因为遭受损伤而转为半干摩擦。由此可见，我们不难发现主要在金属压力加工产业中起润滑作用的润滑剂靠的往往是表面活性物质的定向排列。而润滑剂吸附层内因子的定向排列，是根据润滑剂和金属间分子作用力大小所决定的。所以想要改善稳定性不高的润滑作用，可以采取在表面活性物质中添加非极性介质的办法。

二、浅析金属压力加工中的摩擦

（一）金属压力加工中影响摩擦的具体因素

摩擦是两个物体之间的一种相护作用力，影响摩擦的因素也是多种多样的，而在金属压力加工中，主要有以下几点影响摩擦的具体因素需要我们的特别关注：

1.金属压力加工中变形温度的影响

从所周知，在金属压力加工过程中，温度的变形是再所难免的，而温度变形也会直接或间接的影响摩擦系数——伴随着温度的持续升高，将有两种不同的矛盾表象呈现出来，一是金属容易因产生氧化皮而导致摩擦系数的增加，二则是可能会因变形应力让第一而发生摩擦系数缩小的状况。

2.金属压力加工用具的表面实际状态

在日常金属压力加工过程当中，不同的用具有着不同的作用，但是不同用具的表面状态，往往又会对摩擦系数产生不同的影响。然而因为在变形过程当中，用具表面会发生于元件表面的逐渐贴合，所以在金属压力加工过程当中，用具表面实际状态仅会在初始加工时对摩擦造成影响，摩擦系数的变化范围大致是0.05~0.50。

3.金属压力加工中变形速度的影响

在金属压力加工中有变形温度的波动，也有变形速度的改变。伴随着变形速度的逐渐增大，摩擦系数也会相应变小。

4.氧化皮铁鳞

熟悉金属压力加工产业的人都知道，氧化皮的清理工作是在现代冶金技术中的重要地位。同样的，氧化皮铁鳞对表面摩擦的影响因素也很大。主要原因跟氧化皮的构造有关系，氧化皮常常附着在金属表面，由内外两层组成，外层氧化皮比较容易脱掉，而与内在氧化皮与外层氧化皮相比，要更薄更硬。这层又薄又硬的氧化皮，并不能用来完全填补主变形区的表面不平，如此也就产生了精度降低、模具磨损的不良后果。所以，氧化皮铁鳞的清理工作在金属压力加工产业中必备工作之一。

（二）金属压力加工中摩擦的特征要点

1.接触面积和压力均增加

与传统的机械摩擦相对比，金属压力加工将会导致接触面积和压力的进一步增加。这是由于金属压力加工的内在需求所决定的，压力越大流动剪切能力越强，越能满足塑性变形的要求。而与接触面积息息相关的材料种类，则会随着出面积的增大而提高自身的摩擦系数。

2.摩擦面温度变高

金属压力加工过程当中，当金属被急剧剪切变形时，金属表面的摩擦会因热效应而导致摩擦面温度的升高。同时也是因为摩擦面温度较高的原因，也意味着在金属压力加工当中，润滑剂需要有良好的边界润滑性、附着性以及冷却性。

3.金属表面持续变化

在金属压力加工过程当中，金属的加工是在摩擦中进行的，而摩擦中的金属表面往往又是持续变化的。我们常讲的想金属加工业效能的剧烈摩擦就是由此而来。

三、浅析金属压力加工中的润滑

（一）金属压力加工中的工艺润滑

在金属压力加工中，我们使用的润滑通常是工艺润滑，即主要用在加工用具以及元件的接触面上。工艺润滑在金属压力加工产业当中常常依照摩擦面润滑剂的状态分为流体润滑，半连续流体润滑，边界润滑，干膜润滑这几大类。工艺润滑主要作用是减少外摩擦的有害作用，金属压力加工中有着促使金属均匀塑性变形的推动作用，是有利于获取外形和尺寸精准度均高度达标的有利产品。

（二）金属压力加工中润滑剂的特征要点

为了解决或者缓解摩擦原理在金属压力加工产业当中造成的不良影响，我们对金属压力加工中要用到的润滑剂有以下几点特征的需求：第一要有良好的润滑性能；第二，成膜性要好，冷却性和绝热性要稳定；第三要有良好的脱模性；第四要尽量无毒绿色，减少对自然环境的污染；第五要有稳定的化学性能；第六要兼具悬浮性，可喷射性等等便捷性能的使用。

在金属压力加工产业当中，我们常常使用的润滑剂分为液体润滑剂，固体润滑剂以及水溶性润滑剂三种，他们之间的特征要点各有侧重，用于不同的金属压力加工环境。比如及润滑冷却作用于一身的水溶性润滑剂，为一种新型润滑剂，不但绿色无污染，且优秀性能突出。金属压力加工产业的锻造、冲压、拉拨、冷轧中都被广泛利用。再比如比较常见的液体润滑剂，因为其仅能在金属表面形成边界模的特性，所以在使用过程中要与添加剂搭配使用，才能使得金属压力加工过程中物理吸附膜例转变成为化学吸附膜，特别注意的是当温度和压力均在800摄氏度和2000~3000mpa时，要添加极压剂，用以形成层状结构且渗透性强的挤压模。

总结：综上所述，在现代金属冶炼工业当中，金属压力加工的摩擦和润滑时时刻刻扮演着重要的角色。想要突出金属制造业的产能，想要从金属加工制造业中获得更充沛的经济效益，我们就要从金属压力加工中润滑与摩擦这两个基础的工艺因素下手，熟悉了解其作用机理后，通过对其具体影响因素以及特征的把控，还能让这两项工艺在金属压力加工产业中为我们所用。

参考文献：

[1]林坤.论金属压力加工中的摩擦与润滑[J].冶金管理,2019（09）.

[2]颜欢;成卫杰.论金属摩擦生热对应力的影响[J].北京力学会第二十五届学术年会会议论文集,2019（01）.

[3]吴茂英;胡朔;汪立君.聚乙烯蜡和硬脂酸钙对PVC的润滑作用：金属润滑特性与机理[J].塑料,2019（03）.