金属冲压拉伸是在工具与工件相接触的条件下进行的,这时必然产生阻止金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间,阻碍金属流动的摩擦,称外摩擦。由于摩擦的作用,工具产生磨损,工件被擦伤;金属变形力、能增加造成金属变形不均;严重时使工件出现裂纹,还要定期更换工具。因此,小编提醒您,冲压拉伸中,须加以润滑。
润滑技术的开发能促进金属冲压拉伸的发展。随着压力加工新技术新材料新工艺的出现,必将要求人们解决新的润滑问题。
一、金属冲压拉伸时摩擦的特点及作用
冲压成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比,有下列特点:
(1)在高压下产生的摩擦。冲压成形时接触表面上的单位压力很大,一般热加工时面压力为100~150MPa,冷加工时可高达500~2500MPa。但是,机器轴承中,接触面压通常只有20~50MPa,如此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。冲压拉伸时界面温度条件例恶劣。对于热加工,根据金属不同,温度在数百度至一千多度之间,对于冷加工,则由于变形热效应、表面摩擦热,温度可达到颇高的程度。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,给摩擦润滑带来很大影响。
(3)伴随着冲压变形而产生的摩擦,在冲压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。接触面上各处的冲压流动情况不同,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冲压变形;而金属不但比工具柔软得多,且希望有较大的冲压变形。二者的性质与作用差异如此之大,因而使变形时摩擦情况也很特殊。
(5)恶化工件表面质量,加速模具磨损,降低工具寿命。冲压成形时接触面间的相对滑动加速工具磨损;因摩擦热更增加工具磨损;变形与应力的不均匀亦会加速工具磨损。此外,金属粘结工具的现象,不仅缩短了工具寿命,增加了生产成本,而且也降低制品的表面质量与尺寸精度。
二、冲压拉伸中摩擦的分类及机理
冲压成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦三种,分述如下:
1.干摩擦
干摩擦是指不存任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦。但在实际生产中,这种绝对理想的干摩擦是不存在的。因为金属冲压拉伸过程中,其表面多少存在氧化膜,或吸附一些气体和灰尘等其它介质。但通常说的干摩擦指的是不加润滑剂的摩擦状态。
2.流体摩擦
当金属与工具表面之间的润滑层较厚,摩擦副在相互运动中不直接接触,完全由润滑油膜隔开,摩擦发生在流体内部分子之间者称为流体摩擦。它不同于干摩擦,摩擦力的大小与接触面的表面状态无关,而是与流体的粘度、速度梯度等因素有关。因而流体摩擦的摩擦系数是很小的。冲压拉伸中接触面上压力和温度较高,使润滑剂常易挤出或被烧掉,所以流体摩擦只在有条件的情况下发生和作用。
3.边界摩擦
这是一种介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态,称为边界摩擦。
在实际生产中,由于摩擦条件比较恶劣,理想的流体润滑状态较难实现。此外,在冲压拉伸中,无论是工具表面,还是坯料表面,都不可能是“洁净”的表面,总是处于介质包围之中,总是有一层敷膜吸附在表面上,这种敷膜可以是自然污染膜,油性吸附形成的金属膜,物理吸附形成的边界膜,润滑剂形成的化学反应膜等。因此理想的干摩擦不可能存在。实际上常常是上述三种摩擦共存的混合摩擦。它既可以是半干摩擦又可以是半流体摩擦。半干摩擦是边界摩擦与干摩擦的混合状态。当接触面间存在少量的润滑剂或其他介质时,就会出现这种摩擦。半流体摩擦是流体摩擦与边界摩擦的混合状态。当接触表面间有一层润滑剂,在变形中个别部位会发生相互接触的干摩擦。
三、冲压拉伸时摩擦的性质是复杂的,目前尚未能彻底地揭露有关接触摩擦的规律。关于摩擦产生的原因,即摩擦机理,有以下几种说法:
1.表面凸凹学说
所有经过机械加工的表面并非绝对平坦光滑,都有不同程度的微观凸起和凹入。当凹凸不平的两个表面相互接触时,一个表面的部分“凸峰”可能会陷入另一表面的凹坑 ,产生机械咬合。当这两个相互接触的表面在外力的作用下发生相对运动时,相互咬合的部分会被剪断,此时摩擦力表现为这些凸峰被剪切时的变形阻力。根据这一观点,相互接触的表面越粗糙,相对运动时的摩擦力就越大。降低接触表面的粗糙度,或涂抹润滑剂以填补表面凹坑,都可以起到减少摩擦的作用。
2.分子吸附说
当两个接触表面非常光滑时,接触摩擦力不但不降低,反而会提高,这一现象无法用机械咬合理论来解释。分子吸附学说认为:摩擦产生的原因是由于接触面上分子之间的相互吸引的结果。物体表面越光滑,实际接触面积就越大,接触面间的距离也就越小,分子吸引力就越强,因此,滑动摩擦力也就越大。
近代摩擦理论认为,摩擦力不仅来自接触表面凹凸部分互相咬合产生的阻力,而且还来自真实接触表面上原子、分子相互吸引作用产生的粘合力。对于流体摩擦来说,摩擦力则为润滑剂层之间的流动阻力。
四、冲压拉伸的工艺润滑
为减少或消除冲压拉伸中外摩擦的不利影响,往往在工模具与变形金属的接触界面上施加润滑剂,进行工艺润滑。其主要目的是:
(1)降低金属变形时的能耗。当使用有效润滑剂时,可大大减少或消除工模具与变形金属的直接接触,使接触表面间的相对滑动剪切过程在润滑层内部进行,从而大大降低摩擦力及变形功耗。如轧制板带材时,采用适当的润滑剂可降低轧制压力10%~15%;节约主电机电耗8%~20%。拉拔铜线时,拉拔力可降低10%~20%。
(2)提高制品质量。由于外摩擦导致制品表面粘结、压入、划伤及尺寸超差等缺陷或废品。此外,还由于摩擦阻力对金属内外质点冲压流动阻碍作用的显著差异,致使各部分剪切变形程度(晶粒组织的破碎)明显不同。因此,采用有效的润滑方法,利用润滑剂的减摩防粘作用,有利于提高制品的表面和内在质量。
(3)减少工模具磨损,延长工具使用寿命。润滑还能降低面压,隔热与冷却等作用,从而使工模具磨损减少,使用寿命延长。