工艺润滑的主要目的是:①降低摩擦系数,减少金属塑性变形时的力能消耗。②提高产品的表面质量和减少缺陷的产生。③减少工模具的磨损,延长工模具的使用寿命,降低生产成本,提高生产效率。
塑性加工工艺润滑
改善塑性加工时摩擦状态的措施。不包括机械(轴承等)润滑。
- 英文名称
- lubrication in plastic working
- 所属学科
- 冶金工程
根据润滑机制分为边界润滑、流体润滑和混合润滑。
①边界润滑。表现形式是变形金属与工具之间相互接近以至在微凸体之间发生明显的接触。边界润滑主要通过润滑剂中的表面活性物质在变形金属与工具表面之间形成既易于剪切又能减小金属表面直接接触的边界润滑膜。边界润滑膜是定向吸附膜,厚度通常在0.1微米以下。在工程上,通常在润滑剂中加入油性剂和极压剂。油性剂可提高润滑剂与金属表面的吸附能力,使其在金属表面形成物理吸附的油性剂分子膜。极压剂通过与金属表面反应可改善边界润滑状况,在金属表面形成一层平滑的极压膜。极压膜具有较低的剪切强度,是不易大面积擦伤的无机膜。
②流体润滑。表现形式是变形金属与工具表面完全被润滑油膜隔开,油膜厚度远大于接触表面的粗糙度,摩擦力来源于润滑剂分子运动的内摩擦。摩擦力的大小取决于流体的性质,而与两个摩擦面的材质无关,所以流体润滑时摩擦力可根据牛顿流体定律计算。在流体润滑状态下,由于两个摩擦表面不发生直接接触,因此流体润滑过程不产生磨损。
③混合润滑。在润滑过程中既发生了流体润滑又发生了边界润滑,又称部分流体润滑。当润滑油膜的厚度不足以隔开相互运动的固体表面时,两个相对运动固体之间的载荷一部分由润滑油膜承担,一部分由接触中的表面微凸体承担,此时就认为开始了混合润滑。边界润滑和流体润滑同时存在,摩擦力的大小不仅取决于边界润滑和流体润滑的润滑效果,同时还取决于两者在摩擦过程中所占的比例。流体润滑在混合润滑过程中所占的比例,取决于流体润滑油膜的厚度和两个相互接触固体表面的综合表面粗糙度。
对工艺润滑剂的要求有:①具有良好的耐压性能,在高压下润滑油膜仍能吸附在接触面上,保持良好的润滑状态。②能够减少磨损并防止工件与工具黏结。③润滑剂燃烧后的残留物要少,保证制品表面光洁不出现斑迹。④具有良好的冷却性能,对工模具温度起到冷却、调节与控制的作用,以提高工模具的使用寿命。⑤成分和性质要稳定,对金属和设备有一定的化学稳定性。⑥黏度要适宜,便于涂抹或喷射到金属和工具上。⑦对金属和设备无腐蚀和其他有害作用。⑧清理方便,容易净化处理,不污染环境。⑨无毒、无难闻气味,对人体无害。⑩来源丰富、价格低廉。
在塑性加工中所使用的润滑剂可按化学成分、组合状态、用途等分类。按其组合形态可分为液体润滑剂、固体润滑剂、液-固润滑剂和熔体润滑剂。①液体润滑剂,应用最广,主要包括纯油型、乳化型(包含乳化油、半合成型、微乳液和全合成型)。纯油型的液体润滑剂主要适于冷却要求不高但润滑需求高的应用,主要由石蜡基、环烷基或者酯类基础油(包含动植物油、合成酯等)组成。其中,虽然石蜡基和环烷基基础油等的润滑性能一般,但抗氧化性能好、使用寿命长、凝固点低,在塑性加工中较常见。动植物油含有极性基,在金属表面可形成牢固的润滑油膜,是有效的工艺润滑剂,经常少量加入纯油型的润滑剂中,但由于其抗氧化性能一般,凝固点相对较高,所以不能大量使用。乳化型液体润滑剂是一种液相以细小液滴形式分布于另一种液相中,两种液相组成的足够稳定的系统。形成液滴的液体称为分散相,其余部分称为分散介质或连续相。主要用于冷轧、冷拔和冷冲压过程。它的冷却能力比纯油大得多,在循环系统中可长期使用,耗油量较低。其组成包括基础油、乳化剂、添加剂(如防腐剂、极压剂、油性剂等)和水等。②固体润滑剂,主要有玻璃、二硫化钼、肥皂、各种盐类和以石墨(或蜡)为基础的润滑剂,还有用镀铜、锡等软金属层作为润滑剂,主要应用于挤压、锻压、拔制和轧管时芯棒的润滑等。③液-固润滑剂,包括石墨乳液、石墨油剂(或水剂)、二氧化钼油剂(或水剂)等,常用于压铸过程中的脱模剂。④熔体润滑剂,包括玻璃、沥青或石蜡等。玻璃的使用温度范围较广,既是固体润滑剂,又是熔体润滑剂。
扩展阅读
- 姚若浩.金属压力加工中的摩擦与润滑.北京:冶金工业出版社,1990.
- 孙建林.轧制工艺润滑原理、技术与应用.北京:冶金工业出版社,2004.