摩擦与润滑整理(共8页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上+1.1外摩擦：发生在工件和工具接触面之间，阻碍金属流动的摩擦，称外摩擦，是影响材料变形的重要因素之一。+1.2研究摩擦的意义：全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉，失效零件的80%是由于磨损造成的。因此，发展摩擦学可以有效的节约能源。+2.1 金属塑性成形中摩擦的特点和作用如何？（填空、简答）金属塑性成形中摩擦的特点:（1） 在高压下产生的摩擦。塑性成形时接触表面上的单位压力很大。高的面压使润滑剂难以带入或易从变形区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊；（2） 较高温度下的摩擦。塑性加工时界面温度条件恶劣。高温下的金属材料，除了内部组织和性能变化外，金属表面要发生氧化，给摩

2、擦润滑带来很大影响；（3） 伴随着塑性变形而产生的摩擦。在塑性变形过程中由于高压下变形，会不断增加新的接触表面，使工具与金属之间的接触条件不断改变。接触面上各处的塑性流动情况不同，有的滑动，有的粘着，有的快，有的慢，因而在接触面上各点的摩擦也不一样；（4） 摩擦副（金属与工具）的性质相差大。一般工具都硬且要求在使用时不产生塑性变形；而金属不但比工具柔软得多，且希望有较大的塑性变形。金属塑性成形中摩擦的作用：（1） 摩擦的不利方面：（a）改变物体应力状态，使变形力和能耗增加； （b）引起工件变形与应力分布不均匀； （c）恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命，而且降低制品的表面质量与尺寸精

3、度；（2） 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。2.2金属塑性成形中摩擦的类型及各自特征是什么？（1）按产生摩擦的部位分类 外摩擦：摩擦与两物体接触部分的表面相互作用有关，而与物体内部状态无关； 内摩擦：阻碍同一物体各部分间相对移动的摩擦称为内摩擦。内摩擦一般发生 在塑性变形工艺中。（2）按摩擦副运动状态分为静摩擦和动摩擦 静摩擦：一物体沿另一物体表面有相对运动趋势时产生的摩擦称静摩擦。其随外力增大而增大，当外力增大到临界值时，静摩擦力达最大值，称最大静摩擦力。外力超过最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动。 动摩

4、擦：一个物体沿另一个物体表面相对运动时产生的摩擦叫动摩擦。通常认为静摩擦力大于动摩擦力（3）按摩擦副运动形式分分类 滑动摩擦：物体接触表面相对滑动时的摩擦称为滑动摩擦。 滚动摩擦：在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时的摩擦，叫做滚动摩擦。（4）按摩擦副的材质分为类可分为各种金属材料之间、非金属材料之间以及各种金属材料与非金属材料、金属材料与弹性材料之间的摩擦等（5）按摩擦副表面润滑状态分类 纯净摩擦：摩擦表面没有任河吸附膜或化合物存在时的摩擦称为纯净摩擦。这种摩擦只有在接触表面产生塑性变形(表而膜破坏)或在真空中摩擦时才发生。 干摩擦：在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时金属与工具直接

5、触的摩擦叫做干磨擦。 流体摩擦：相对运动的两物体表面完全被流体隔开时的摩擦称为流体摩擦。较厚薄膜，摩擦发生在流体内部，与接触表面状态无关。 边界摩擦：摩擦表面间有一层极薄的润滑膜存在时的摩擦称为边界摩擦，（较多）介于干摩擦与流体摩擦之间 混合摩擦：是过渡状态的摩擦，如半干摩擦和半流体摩擦。半干摩擦是指同时有边界摩擦和干摩擦的情况。半流体摩擦是指同时有流体摩擦和边界摩擦的情况。 3.1金属表面层的结构组成如何？多为晶体结构，宏观上通常假定为均匀组织、力学性能各向同性，有内到外为： 金属材料的基体材料变形层：加工过程中曾产生弹性变形与塑性变形，有残余应力加工硬化层：又称贝氏体层，道具切削热作用，瞬

6、间熔化流动，随即被基体冷寂淬火形成的微细晶质层或非晶层，硬度较高氧化层：又称污染层沉积吸附层：尘埃油污沉积，氧分子、水蒸气吸附此外还有位错、杂质、台阶(生长台阶或解理台阶)等。 3.2形成金属表面不平的原因？（了解）（1）金属材料结晶时，临近自由表面的晶粒容易伸出表面； （2）金属板料塑性变形时，临近自由表面的晶粒在扭转或滑移中容易伸出表面； （3）模具材料切削加工时，表面晶粒被撞击导致破碎而形成高低不平的表面； 4）受切削刀具机床振动的影响，模具表面形成表面的起伏不平。 3.3表面形状误差有哪几类？1.宏观几何形状误差，即表面形状误差，如圆柱度、直线度等；2.中间几何形状误差-表面波纹度，是

7、指零件表面周期性重复出现的一种几何形状误差 ；3.微观几何形状误差-表面粗糙度，是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。注：表面粗糙度+波纹度+形状公差=实际表面形貌 +3.4何谓表面粗糙度？其表示方法有哪些（评定指标、符号）？表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，分为宏观与微观两类。表示方法如下：（1）轮廓算术平均偏差Ra：取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值 ，应用最广泛（2）均方根偏差Rq：轮廓图形上各点和中线之间距离平方的平均值的平方根 （3）微观不平度十点高度Rz：标准长度l内五个最高的轮廓峰高的平均值与五个最低的轮廓谷深的平均值之

8、和（4）轮廓最大高度Ry：在标准取样长度内轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离（除去特殊点） 表示方法：a1,a2-粗糙度高度参数代号及其数值,单位为微米b-加工要求镀覆涂覆表面处理或其它说明等c-取样长度单位为毫米或波纹度,单位为微米d-加工纹理方向符号e-加工余量单位为毫米 f-粗糙度间距参数值单位为毫米或轮廓支承长度率比较：Ra：充分反映表面微观几何特征；无法过于光滑、过于粗糙表面Rg：放大偏离中线的点更好地反映粗糙度；无法测过于光滑、过于粗糙表面Rz：测量简便；只能反映峰高，不能反映几何特性；受测量者主观影响大Ry：不如Rz反映的几何特性准确；对于控制加工所得零件没有较大痕迹，对于较小尺寸

9、零件表面质量控制有实际意义对于微观几何特征的反映：Ra=RqRzRy+3.5何谓真实接触面积？其主要研究方法有哪些？真实接触面积Ar：多个微凸体实际接触点的面积的总和（名义或几何接触面积Am：相接触的固体相互重叠的表现面积）。（1） 以接触传导率为基础的测量法中的电阻率方式：整个接触电阻等于发生在实际接触区的尺寸变化的电阻和与实际接触点尺寸和数量有关的电阻之和，影响因素复杂，不精确；（2） 几何方法：根据测量表面趋近量求得实际接触面积与趋近量的关系，测量困难需要大量轮廓普才能得到准确结果；（3） 薄膜法：主要有荧光膜法、同位素膜法、碳膜法，数据可靠灵敏度高，其中碳膜法使用最多；（4） 光学法：

10、根据光的直射与反射、干涉现象，数据准确可靠性高透光要求（至少一个透光）应用受限（5） 分析法：利用SEM等分析，分析区域太小、准确度低碳膜法：在接触面上用真空镀碳法镀上一层碳膜，接触后接触处碳膜破裂，试样分开后留下明显的接触痕迹，根据接触痕迹可测得实际接触面积；简单、可靠。具体如下：3.6写出粗糙度符号：车加工零件，Rz表示的粗糙度为3.2微米，零件表面粗糙度处处相等（课上老师举例）4.1主要的摩擦理论有哪些？各自特点？一、干摩擦理论1经典的摩擦理论 1）干摩擦状态下的机械摩擦理论（只适应与粗糙表面：表面凹凸相互镶合） 要点：摩擦力与作用于摩擦面间的法向载荷成正比，其方向总是与接触表面间的相对

11、运动速度的方向相反。 摩擦力的大小与名义接触面积无关。 摩擦力的大小与滑动速度无关。 静摩擦力大于动摩擦力。 2）干摩擦状态下的分子作用理论（斥力、引力作用） 要点：摩擦系数与接触面积成正比，而与载荷的立方根成反比2近代的摩擦理论 1）摩擦的机械-分子理论 该理论认为摩擦力由两部分组成，即克服对偶表面分子之间的相互作用力和使金属材料表面层发生改变的机械阻力(变形抗力)，即： 2）初期的黏着摩擦理论 要点：摩擦表面的凸峰点处于塑性接触状态； 滑动摩擦是粘着与滑动剪切交替发生的粘滑过程 摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和。 3）修正的粘着理论 综合考虑压缩应力和剪切应力，提出了当量应力K的概

12、念，即： 要点：真实接触面积是由塑性变形所决定的； 两个摩擦表面是被一层剪切强度变化的表面膜分隔开，表面膜的剪切强度可在极低值至基体金属剪切应力的范围内变化； 摩擦力是剪切隔开两表面的表面膜所需的力。4）黏着理论中的犁沟效应 犁沟效应：硬金属的粗糙凸峰嵌入软金属后， 在滑动中推挤软金属使之发生塑变，犁出一条沟的现象。软金属越硬，犁沟力越小二边界摩擦理论+定义：边界摩擦又称边界润滑摩擦，值相对运动的两个金属表面被极薄的润滑膜（d0.1微米）隔开，润滑膜不遵从流体动力学定律，且表面磨损不取决于润滑剂的粘度而取决于两表面的特性和润滑剂的性能，润滑膜包括润滑剂和层状晶格化物。分类：区为厚膜润滑或者流体

13、动力润滑区； 区为薄膜润滑或者弹性流体润滑区；区为 边界润滑或者极压润滑区。特点：摩擦系数小，通常为0.03-0.1；金属材料的表面不与模具表面直接接 触，模具的磨损小，即模具的使用寿命比较高。三、流体润滑摩擦理论 d=1.52微米摩擦是流体内部的a.流体动压润滑：斜面，自身流动压力强迫冷拉拔；b.流体静压润滑：外部压力系统供压。四、混合摩擦理论+4.2何谓边界摩擦？边界膜的分类及特点？定义见上一题边界膜分类及特点见下表：分类 特点 形成条件 适用范围 物理吸附膜 由分子吸引力使极性分子定向排列，吸附在金属表面，吸附与脱附完全可逆。 吸附热为8-43kJ/mol时形成，高温时脱吸 常温，低速，

14、轻载 化学吸附膜 在极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学结合力，使极性分子定向排列，吸附在金属表面上。吸附与脱吸不完全可逆。 吸附热为42-420kJ/mol时形成，高温时脱吸，随之发生化学变化 中温，中速，中载 化学反应膜（自然发生） S，P，Cl等元素与金属表面进行化学反应，生成金属膜，其熔点高，剪切强度低，反应不可逆。 在高温下反应生成 高温，高速，重载 氧化膜 金属表面由于晶格点阵原子处于不平衡状态，化学活性大，极易与氧反应，形成氧化膜。 在室温下，无油的纯净金属表面氧化生成 只能起到瞬时润滑作用 +4.3何谓流体润滑摩擦？其特点及优点？当金属材料与模具表面之间涂覆润

15、滑剂，金属材料与模具相互滑动时，某些工艺局部将产生流体润滑摩擦。流体润滑的特点：当摩擦副的两个摩擦表面由一层具有一定厚度（1.5-2um）的粘性流体分开时，靠流体内的压力平衡外载荷，流层中的大部分分子不受金属表面离子电力场的作用，可以自由移动，摩擦阻力主要由流体的内摩擦引起。流体润滑的优点：摩擦阻力低，摩擦系数小（0.001-0.08或者更低），润滑膜避免了金属的直接接触，减少了磨损，油膜对金属表面有保护作用，防止表面锈蚀；油膜有吸振作用，使机器运转更加平稳；流体的流动降低了摩擦热，并对摩擦表面有一定的冲洗降温作用，改善了摩擦副的工作条件，延长了其使用寿命。5.1外摩擦对于金属塑性变形是怎么影

16、响的？一、 纵断面内的不均匀变形 在与压板相接触的端面上，金属质点将直接受到界面摩擦阻力的作用，流动比较困难，而且越往端面中心，质点所受阻力越大。反之，远离断面的半高处质点横向流动时所受到端面摩擦的影响最小，横向变形最大，结果形成单鼓形。但是，当变形体高度较大时，也常可能形成双鼓形。二、横断面内的不均匀变形如果接触面上没有外摩擦，那么该面质点将沿放射线方向流动，变形后的端面形状与变形前的相似。但是，当接触面上有摩擦阻力时，金属质点的流动方向就必须遵守最小阻力定律：如果物体在变形过程中其质点有向各个方向移动的可能时，则物体各质点将向着阻力最小的方向移动。因此，当端面上其它外部情况相同时，各质点将

17、朝着由它向断面轮廓线所做的最短法线方向移动。其结果是导致端面各区域内的变形不均匀。三、高向与横向变形的综合作用-侧面翻平现象 在平板间压缩时，由于外摩擦引起高向各层断面变形的不均匀，在形成鼓形的同时，经常发现侧表面金属质点会局部转移列接触端面上去，这就是所谓的侧面翻平(简称侧翻)现象。在其他条件不变的情况下，接触面上摩擦越大，金属侧翻现象就越明显。四、外摩擦与变形区几何因子综合影晌-接触端面的分区外摩擦与变形区几何因子的联合影响，使得接触表面上金属质点的运动以及摩擦特点产生不同区域：全贴合、全滑动或混合状态，进而影响到金属变形的不均匀性。5.2外摩擦对于金属塑性变形抗力如何影响？ 由于接触表面

18、上摩擦阻力的存在将直接阻碍表层金属质点的流动，而且随变形区几何因子的不同，摩擦对金属内部质点流动的牵制作用程度不同，进而金属变形时的变形抗力以及变形总力也就不同。在生产条件下，金属变形的实际变形抗力可表示为： P=s+q （P为实际变形抗力，s为金属真实变形抗力，q为附加变形抗力），变形条件不同，由摩擦引起的附加变形应力随q不同，从而导致实际变形抗力P的变化。比真实变形抗力大实际变形抗力通常为真实变形力的1.5-6倍。 +5.3近似流线锥模型中变形区几何尺寸（H/D或h2）的作用？随着变形程度的增加，内、外流线发展的程度，即变形的分布情况取决于端面摩擦状况以及变形时上、下主锥顶间的距离h2或H

19、D值。 当h20，即HD1时，上、下主锥不相接触，这时外流线易发生，外流线出现多，主锥外区域的变形大，工件外形易成单鼓形。 当h20，即HD1时，两主锥相隔较远，此时外流线同样易发生，只是由于受变形速度影响以及工件高度很高，沿移线难以深入到工件半高区域，使变形集中在顶端头附近，形成双鼓形，变形显得更不均匀。 在这两种情况下，由于滑移线产生较易，而且由于主锥相隔较远，相互间干扰较小。因此塑压时金属的变形抗力较小，即接触面上的平均单位压力P较小，而且P沿该面的分布较均匀。 当h2=0，即HD1时，内部流线产生因难，而且也因两主锥相隔较近，相互干扰，使外流线的产生比上述情况因难得多。因此，可以定性认

20、为，此时内、外流线产生条件相近，变形较均匀，在工件外形上不表现出明显的鼓形。显然，这时的平均单位值较大，P的分布较不均匀。 当h20，即HD1时，上、下主锥互相穿插，内外流线相互干扰，产生极为困难。此时，需要较强的外部作用才能变形，因而表现出平均单位压力值更大，P分布更不均匀。而且由于工件高度小，各层质点流动时相互牵制力强，可呈现全滑动情况。显然，在这种情况下，变形体内各处的变形最均匀。+5.4产生粗晶环的原因是什么？如何避免？从挤压时变形区金属的流动景象可以看出，由于中心区域的金属与“死区”金属之间存在很大的流动速差，以致存在一个严重的剪切变形区，导致挤压制品表面产生很大的物理变形。结果，制

21、品在淬火加热过程中，由于固溶在基体中的锰元素析出等原因，边缘区域的再结晶开始温度要比中心区域低3040。因此，淬火加热中，在挤压制品中心仍能保持纤维状组织（挤压效应）的情况下，边缘区域却再结晶长大成粗大晶粒组织，形成“粗晶环”。避免：反向挤压，润滑6.1影响金属黏着的主要因素？（了解） 工具材料、变形金属与润滑剂的性质，金属的表面增加率，面压，工具与坯料的运动速度与温度，润滑剂导入条件，工具与坯料相对滑移距离，变形程度，变形温度与变形速度等。事实上，我们可以把影响金属粘着的因素区分为内部因素和外部因素两大类。内部因素：性质种类和大小粘着系数备注晶体结构立方高对HCP结构的Zn而言，没有影响；对

22、于FCC结构的Cu而言，纯度影响很大从物化观点看，高的表面能常意味着高的粘着强度；从力学观点看，高的表面能意味着高硬度，粘着系数低六方低加工硬化系数高高纯度高硬度高低弹性模量高低熔点高低再结晶温度高低原子半径小低表面能高外部因素： 影响金属粘着的外界因素很多，主要是温度、表面氧化膜以及工具与变形金属之间配对性质对金属粘着的影响。（1） 接触界面温度：一般认为，随着界面温度的升高，粘着力急剧增大；（2） 表面氧化膜：主要体现在表面氧化膜的性质以及在接触滑移过程中被破坏消除的程度，氧化物相对基体金属越硬脆，塑性变形时的剪切流动过程越易使之破碎，新鲜金属表面袒露的可能性越大，越有利于金属间的粘着，有

23、死金属易粘着；（3） 配对性质：金属间固溶度大，原子间亲和力和扩散能力强，易发生粘着。+6.2在铝合金的轧制过程中，轧辊黏铝导致的制品缺陷？ 粘铝现象：在新使用的轧辊表面形成一层银灰色的铝粉。从本质上看，粘铝主要是以下原因造成的： （1）铝在铁中有较大的固溶度； （2）热轧时温度高，压力大； （3）轧辊表面由于长时间工作，产生龟裂纹。粘铝导致的制品缺陷：（1） 粘附沟：由于坯料表面的小块铝粘附到辊面后，遗留下来的沟槽；（2） 压入粘附缺陷：被剥落的粘附颗粒回粘到坯料表面并被压入表层导致“黑斑”；（3） 压痕缺陷：轧辊表面形成厚度不均的粘铝层在坯料表面留下压痕。6.3接触材料在摩擦过程中的磨损按

24、其机理分为哪几种？ 接触材料在摩擦过程中被磨损，按其磨损机理分为：粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损及微动磨损等，压力加工中以粘着磨损为主。其中粘着磨损，按粘着结点的强度和破坏位置不同可分为： （1） 轻微，AB A B，粘结点强度低于两摩擦副的强度，剪切发生在界面，磨损很小，材料转移不显著；（2） 一般， A AB B ，发生在A的浅表层，涂抹于B表面；（3） 擦伤， A B AB ，发生在A的亚表层，被剪切下的材料转移到B形成粘着物，又擦伤A表面；（4） 胶合， A B AB ，发生在一方或双方基体较深处，表面沿滑动方向撕脱，严重磨损，甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。专心-专注-专业