第 4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§ 4,1 概述
§ 4,2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
§ 4,3 塑性加工中摩擦的分类及机理
§ 4,4 摩擦系数及其影响因素
§ 4,5 测定摩擦系数的方法
§ 4,6 塑性加工的工艺润滑
§ 4.1 概述
? 金属塑性加工中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，塑性加工中，
须加以润滑。
? 润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。
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。
§ 4.2 金属塑性加工时摩擦
的特点及作用
塑性成形时摩擦的特点
?在高压下产生的摩擦
?较高温度下的摩擦
?摩擦副（金属与工具）的性质相差大
?在接触面上各点的摩擦也不一样
外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面
?改变物体应力状态，使变形力和能耗增加
?引起工件变形与应力分布不均匀
?恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低
工具寿命
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。
§ 4.3 塑性加工中摩
擦的分类及机理
外摩擦的分类
?干摩擦
?流体摩擦
?边界摩擦
摩擦机理
?分子吸附说
?表面凸凹学说
塑性加工时接触表面摩擦力的计算
在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列
三种情况考虑
1．库仑摩擦条件
这时不考虑接触面上的粘合现象（即 全滑动 ），认
为摩擦符合库仑定律。其内容如下：
（ 1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，
与摩擦表面的大小无关；
（ 2）摩擦力与滑动速度的大小无关；
（ 3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
其数学表达式为：
或
式中 F—— 摩擦力；
—— 外摩擦系数；
N—— 垂直于接触面正压力；
—— 接触面上的正应力；
—— 接触面上的摩擦切应力。
由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称
常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较
好的加工过程，此定律较适用 。
NF ?? N??? ?
?
N?
?
2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状
态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动
时的临界切应力 k，即：
= k
3．摩擦力不变条件
认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。
其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达
式为：
=m·k 式中,m为摩擦因子
?
?
?
§ 4.4 摩擦系数及其影响因素
摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单
位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而不同。
其主要影响因素有：
1,金属的种类和化学成分
2.工具材料及其表面状态
3,接触面上的单位压力
4,变形温度
5.变形速度
6,润滑剂
0.13
0.12
0.11
0.10
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0 200 600
1000 1400 1800 2200 N/mm
2
摩擦
系数 μ
0.14
图 4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200 400 600 800
℃
0.4
0.2
μ
0
400 600 800 ℃
图 4-7 温度对钢的摩擦系数的影响 图 4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
§ 4.5 测定摩擦系数的方法
?夹钳轧制法
?楔形件压缩法
?塑性加工常用摩擦系数
?圆环镦粗法
§ 4.6 塑性加工的工艺润滑
工艺润滑的目的及润滑机理
润滑的目的
? 减少工模具磨损，延长工具使用寿命
? 提高制品质量
? 降低金属变形时的能耗
润滑机理
? 流体力学原理
? 吸附机制
润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求
在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求：
（ 1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍
能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；
（ 2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不
分解，不变质；
（ 3）润滑剂有冷却模具的作用；
（ 4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；
（ 5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；
（ 6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。
2．常用的润滑剂
?液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等
?固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等
?液 -固型润滑剂
?熔体润滑剂
润滑剂中的添加剂
润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，
热稳定性要好，且应具有良好的物理化学
性能，常用的添加剂有油性剂、极压剂、
抗磨剂和防锈剂等。
润滑方法的改进
1．流体润滑
2．表面处理
（ 1）表面磷化处理
（ 2）表面氧化处理
（ 3）表面镀层
§ 4,1 概述
§ 4,2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
§ 4,3 塑性加工中摩擦的分类及机理
§ 4,4 摩擦系数及其影响因素
§ 4,5 测定摩擦系数的方法
§ 4,6 塑性加工的工艺润滑
§ 4.1 概述
? 金属塑性加工中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，塑性加工中，
须加以润滑。
? 润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。
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。
§ 4.2 金属塑性加工时摩擦
的特点及作用
塑性成形时摩擦的特点
?在高压下产生的摩擦
?较高温度下的摩擦
?摩擦副（金属与工具）的性质相差大
?在接触面上各点的摩擦也不一样
外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面
?改变物体应力状态，使变形力和能耗增加
?引起工件变形与应力分布不均匀
?恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低
工具寿命
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。
§ 4.3 塑性加工中摩
擦的分类及机理
外摩擦的分类
?干摩擦
?流体摩擦
?边界摩擦
摩擦机理
?分子吸附说
?表面凸凹学说
塑性加工时接触表面摩擦力的计算
在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列
三种情况考虑
1．库仑摩擦条件
这时不考虑接触面上的粘合现象（即 全滑动 ），认
为摩擦符合库仑定律。其内容如下：
（ 1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，
与摩擦表面的大小无关；
（ 2）摩擦力与滑动速度的大小无关；
（ 3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
其数学表达式为：
或
式中 F—— 摩擦力；
—— 外摩擦系数；
N—— 垂直于接触面正压力；
—— 接触面上的正应力；
—— 接触面上的摩擦切应力。
由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称
常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较
好的加工过程，此定律较适用 。
NF ?? N??? ?
?
N?
?
2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状
态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动
时的临界切应力 k，即：
= k
3．摩擦力不变条件
认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。
其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达
式为：
=m·k 式中,m为摩擦因子
?
?
?
§ 4.4 摩擦系数及其影响因素
摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单
位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而不同。
其主要影响因素有：
1,金属的种类和化学成分
2.工具材料及其表面状态
3,接触面上的单位压力
4,变形温度
5.变形速度
6,润滑剂
0.13
0.12
0.11
0.10
0.09
0.08
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0 200 600
1000 1400 1800 2200 N/mm
2
摩擦
系数 μ
0.14
图 4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200 400 600 800
℃
0.4
0.2
μ
0
400 600 800 ℃
图 4-7 温度对钢的摩擦系数的影响 图 4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
§ 4.5 测定摩擦系数的方法
?夹钳轧制法
?楔形件压缩法
?塑性加工常用摩擦系数
?圆环镦粗法
§ 4.6 塑性加工的工艺润滑
工艺润滑的目的及润滑机理
润滑的目的
? 减少工模具磨损，延长工具使用寿命
? 提高制品质量
? 降低金属变形时的能耗
润滑机理
? 流体力学原理
? 吸附机制
润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求
在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求：
（ 1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍
能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；
（ 2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不
分解，不变质；
（ 3）润滑剂有冷却模具的作用；
（ 4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；
（ 5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；
（ 6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。
2．常用的润滑剂
?液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等
?固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等
?液 -固型润滑剂
?熔体润滑剂
润滑剂中的添加剂
润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，
热稳定性要好，且应具有良好的物理化学
性能，常用的添加剂有油性剂、极压剂、
抗磨剂和防锈剂等。
润滑方法的改进
1．流体润滑
2．表面处理
（ 1）表面磷化处理
（ 2）表面氧化处理
（ 3）表面镀层
