0122轧制过程中的摩擦.pptx
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1、1 11212 轧制过程中的摩擦轧制过程中的摩擦12.1 12.1 基本概念基本概念基本概念基本概念摩擦:摩擦:摩擦:摩擦:金属塑性成形时,在金属和成形工具的接触面之间产生金属塑性成形时,在金属和成形工具的接触面之间产生金属塑性成形时,在金属和成形工具的接触面之间产生金属塑性成形时,在金属和成形工具的接触面之间产生阻碍金属流动或滑动的界面阻力。阻碍金属流动或滑动的界面阻力。阻碍金属流动或滑动的界面阻力。阻碍金属流动或滑动的界面阻力。作用作用作用作用:加加加加工载荷;工载荷;工载荷;工载荷;咬入能力;咬入能力;咬入能力;咬入能力;工件变形形状、尺寸精度、表面质量和工具磨损;工件变形形状、尺寸精度
2、、表面质量和工具磨损;工件变形形状、尺寸精度、表面质量和工具磨损;工件变形形状、尺寸精度、表面质量和工具磨损;工件内部的组织、性能分布。工件内部的组织、性能分布。工件内部的组织、性能分布。工件内部的组织、性能分布。2 212121212.2.2.2.2 轧制时摩擦机理轧制时摩擦机理轧制时摩擦机理轧制时摩擦机理微观考察工件工具界面微观考察工件工具界面1-硬相;硬相;2、6-基体;基体;3-吸附膜;吸附膜;4-反应膜;反应膜;5-表面层表面层摩擦机理摩擦机理:工具和工件的微观表面凸凹不平工具和工件的微观表面凸凹不平 (1 1)轧件轧辊的表面并非绝对光滑,而是有许多小的峰谷;)轧件轧辊的表面并非绝对
3、光滑,而是有许多小的峰谷;)轧件轧辊的表面并非绝对光滑,而是有许多小的峰谷;)轧件轧辊的表面并非绝对光滑,而是有许多小的峰谷;(2 2)由于变形热或热加工使接触表面温度上升,会使局部熔化和焊接;)由于变形热或热加工使接触表面温度上升,会使局部熔化和焊接;)由于变形热或热加工使接触表面温度上升,会使局部熔化和焊接;)由于变形热或热加工使接触表面温度上升,会使局部熔化和焊接;(3 3)很少有纯的金属界面,一般它们为反应层所覆盖;)很少有纯的金属界面,一般它们为反应层所覆盖;)很少有纯的金属界面,一般它们为反应层所覆盖;)很少有纯的金属界面,一般它们为反应层所覆盖;(4 4)许多情况下,有润滑剂存在
4、。)许多情况下,有润滑剂存在。)许多情况下,有润滑剂存在。)许多情况下,有润滑剂存在。3 312.3 金属塑性成形时摩擦的特点塑性加工过程中影响摩擦的因素塑性加工过程中影响摩擦的因素塑性加工过程中影响摩擦的因素塑性加工过程中影响摩擦的因素 -变形热变形热变形热变形热;-接触表面上原子的相互作用;接触表面上原子的相互作用;接触表面上原子的相互作用;接触表面上原子的相互作用;-润滑时,润滑剂的粘度、膜厚及其化学性质的作用;润滑时,润滑剂的粘度、膜厚及其化学性质的作用;润滑时,润滑剂的粘度、膜厚及其化学性质的作用;润滑时,润滑剂的粘度、膜厚及其化学性质的作用;-塑性加工条件塑性加工条件塑性加工条件塑
5、性加工条件:变形压力、温度、速度、材质、表面状态变形压力、温度、速度、材质、表面状态变形压力、温度、速度、材质、表面状态变形压力、温度、速度、材质、表面状态。4 4摩擦的特点摩擦的特点摩擦的特点摩擦的特点 1 1)是)是)是)是在高压力下产生的摩擦。在高压力下产生的摩擦。在高压力下产生的摩擦。在高压力下产生的摩擦。金属所受的单位压力,热变形时金属所受的单位压力,热变形时金属所受的单位压力,热变形时金属所受的单位压力,热变形时100100150MPa150MPa,冷变形时,冷变形时,冷变形时,冷变形时5005002500MPa2500MPa,接触面上承受的单位压力愈高,润滑就愈困难,接触面上承受
6、的单位压力愈高,润滑就愈困难,接触面上承受的单位压力愈高,润滑就愈困难,接触面上承受的单位压力愈高,润滑就愈困难。2 2)塑性成形时,摩擦情况是不断变化的。接触面上金属各点的位移情况也)塑性成形时,摩擦情况是不断变化的。接触面上金属各点的位移情况也)塑性成形时,摩擦情况是不断变化的。接触面上金属各点的位移情况也)塑性成形时,摩擦情况是不断变化的。接触面上金属各点的位移情况也不同,有滑动的,有粘着的。不同,有滑动的,有粘着的。不同,有滑动的,有粘着的。不同,有滑动的,有粘着的。由于金属的变形而不断产生新的接触表面由于金属的变形而不断产生新的接触表面由于金属的变形而不断产生新的接触表面由于金属的变
7、形而不断产生新的接触表面,工具在加工过程中不断受到工具在加工过程中不断受到工具在加工过程中不断受到工具在加工过程中不断受到磨损磨损磨损磨损3 3)很多塑性成形是在高温下进行的很多塑性成形是在高温下进行的很多塑性成形是在高温下进行的很多塑性成形是在高温下进行的,金属的组织和性能不断发生变化,表面金属的组织和性能不断发生变化,表面金属的组织和性能不断发生变化,表面金属的组织和性能不断发生变化,表面状态也在变化状态也在变化状态也在变化状态也在变化 。钢的热轧钢的热轧钢的热轧钢的热轧:开轧开轧开轧开轧12001200 至终轧至终轧至终轧至终轧900900,奥氏体发生再结晶、晶粒长大,奥氏体发生再结晶、
8、晶粒长大,奥氏体发生再结晶、晶粒长大,奥氏体发生再结晶、晶粒长大轧制变形区轧制变形区I-易变形区;易变形区;II-难变形区;难变形区;III-自由变形区自由变形区5 5摩擦对金属成形时的影响:摩擦对金属成形时的影响:摩擦对金属成形时的影响:摩擦对金属成形时的影响:1)1)改变金属所处的应力状态,使变形力增加,能耗增多。改变金属所处的应力状态,使变形力增加,能耗增多。改变金属所处的应力状态,使变形力增加,能耗增多。改变金属所处的应力状态,使变形力增加,能耗增多。热轧薄板时可使载荷增加热轧薄板时可使载荷增加热轧薄板时可使载荷增加热轧薄板时可使载荷增加2020甚至倍以上。甚至倍以上。甚至倍以上。甚至
9、倍以上。2)2)引起工件变形不均匀引起工件变形不均匀引起工件变形不均匀引起工件变形不均匀 金属塑性成形时,因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动金属塑性成形时,因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动金属塑性成形时,因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动金属塑性成形时,因接触表面摩擦的作用而使金属质点流动受到阻碍,使工件各部分变形的发生,发展极不均匀。受到阻碍,使工件各部分变形的发生,发展极不均匀。受到阻碍,使工件各部分变形的发生,发展极不均匀。受到阻碍,使工件各部分变形的发生,发展极不均匀。3)3)金属的粘结。金属的粘结。金属的粘结。金属的粘结。表层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面,产生表
10、层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面,产生表层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面,产生表层金属质点或氧化物从变形工件上转移到轧辊表面,产生轧辊表面粘结金属的现象轧辊表面粘结金属的现象轧辊表面粘结金属的现象轧辊表面粘结金属的现象 4)4)轧辊磨损轧辊磨损轧辊磨损轧辊磨损 板带轧制时,常使辊形和辊面受到破坏,而影响板形和板表板带轧制时,常使辊形和辊面受到破坏,而影响板形和板表板带轧制时,常使辊形和辊面受到破坏,而影响板形和板表板带轧制时,常使辊形和辊面受到破坏,而影响板形和板表面质量。型钢轧制时,常使孔型局部磨损而影响型材形状尺寸精面质量。型钢轧制时,常使孔型局部磨损而影响型材形状
11、尺寸精面质量。型钢轧制时,常使孔型局部磨损而影响型材形状尺寸精面质量。型钢轧制时,常使孔型局部磨损而影响型材形状尺寸精度。度。度。度。6 61212.4.4 接触摩擦理论接触摩擦理论 四种摩擦状态:四种摩擦状态:四种摩擦状态:四种摩擦状态:干摩擦干摩擦干摩擦干摩擦 在轧辊与轧件两洁净的表面之间,不存在其他物质。在轧辊与轧件两洁净的表面之间,不存在其他物质。在轧辊与轧件两洁净的表面之间,不存在其他物质。在轧辊与轧件两洁净的表面之间,不存在其他物质。这种摩擦方式在轧制过程中不可能出现,但在真空条件下,这种摩擦方式在轧制过程中不可能出现,但在真空条件下,这种摩擦方式在轧制过程中不可能出现,但在真空条
12、件下,这种摩擦方式在轧制过程中不可能出现,但在真空条件下,表面进行适当处理后,在实验室条件下,一定程度上可以再现这表面进行适当处理后,在实验室条件下,一定程度上可以再现这表面进行适当处理后,在实验室条件下,一定程度上可以再现这表面进行适当处理后,在实验室条件下,一定程度上可以再现这种干摩擦过程。种干摩擦过程。种干摩擦过程。种干摩擦过程。边界摩擦边界摩擦边界摩擦边界摩擦 在接触表面内,存在一层厚度为百分之一微米数在接触表面内,存在一层厚度为百分之一微米数在接触表面内,存在一层厚度为百分之一微米数在接触表面内,存在一层厚度为百分之一微米数量级的薄油膜。量级的薄油膜。量级的薄油膜。量级的薄油膜。其特
13、性是可以承受高的载荷,同时对各层间剪切抵抗不大。其特性是可以承受高的载荷,同时对各层间剪切抵抗不大。其特性是可以承受高的载荷,同时对各层间剪切抵抗不大。其特性是可以承受高的载荷,同时对各层间剪切抵抗不大。在边界润滑条件下,摩擦系数很小,就是因为各层之间剪切抗力在边界润滑条件下,摩擦系数很小,就是因为各层之间剪切抗力在边界润滑条件下,摩擦系数很小,就是因为各层之间剪切抗力在边界润滑条件下,摩擦系数很小,就是因为各层之间剪切抗力很小。很小。很小。很小。7 7液体摩擦液体摩擦 在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层(油膜),在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层(油膜),在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层(油膜)
14、,在轧件与轧辊之间存在较厚的润滑层(油膜),接触表面不再直接接触。接触表面不再直接接触。接触表面不再直接接触。接触表面不再直接接触。例如在高速冷轧润滑情况下,属此类润滑。例如在高速冷轧润滑情况下,属此类润滑。例如在高速冷轧润滑情况下,属此类润滑。例如在高速冷轧润滑情况下,属此类润滑。混合摩擦混合摩擦(半干摩擦和半液体摩擦半干摩擦和半液体摩擦半干摩擦和半液体摩擦半干摩擦和半液体摩擦)。半干摩擦是干摩擦与边界摩擦的混合,部分区域半干摩擦是干摩擦与边界摩擦的混合,部分区域半干摩擦是干摩擦与边界摩擦的混合,部分区域半干摩擦是干摩擦与边界摩擦的混合,部分区域存在粘性介质薄膜,这是在润滑表面之间,润滑剂很
15、存在粘性介质薄膜,这是在润滑表面之间,润滑剂很存在粘性介质薄膜,这是在润滑表面之间,润滑剂很存在粘性介质薄膜,这是在润滑表面之间,润滑剂很少的情况下出现的。少的情况下出现的。少的情况下出现的。少的情况下出现的。半液体摩擦为液体摩擦与干摩擦或者与边界摩擦半液体摩擦为液体摩擦与干摩擦或者与边界摩擦半液体摩擦为液体摩擦与干摩擦或者与边界摩擦半液体摩擦为液体摩擦与干摩擦或者与边界摩擦的混合。在这种情况下,接触物体之间有一个润滑层,的混合。在这种情况下,接触物体之间有一个润滑层,的混合。在这种情况下,接触物体之间有一个润滑层,的混合。在这种情况下,接触物体之间有一个润滑层,但没有把接触表面之间完全分隔开
16、来。在进行滑动时,但没有把接触表面之间完全分隔开来。在进行滑动时,但没有把接触表面之间完全分隔开来。在进行滑动时,但没有把接触表面之间完全分隔开来。在进行滑动时,在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合,即出现了边在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合,即出现了边在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合,即出现了边在个别点上由于表面凹凸不平处相啮合,即出现了边界摩擦区或干摩擦区。在工艺润滑的冷轧变形区中常界摩擦区或干摩擦区。在工艺润滑的冷轧变形区中常界摩擦区或干摩擦区。在工艺润滑的冷轧变形区中常界摩擦区或干摩擦区。在工艺润滑的冷轧变形区中常出现出现出现出现8 812.5 接触剪应力沿变形接触区的分布摩擦规律
17、采利科夫根据采利科夫根据采利科夫根据采利科夫根据 之值的大小,将轧制摩擦分为之值的大小,将轧制摩擦分为之值的大小,将轧制摩擦分为之值的大小,将轧制摩擦分为4 4种:种:种:种:p59p59p59p59 (1)当)当 时:时:1 1)靠靠近近出出口口、入入口口处处为为滑滑动动区区,该该区区服从干摩擦定律;服从干摩擦定律;2 2)当当单单位位摩摩擦擦力力因因为为单单位位压压力力p p的的升升高而达到高而达到K K,即出现了粘着区。,即出现了粘着区。p32,p63p32,p633 3)在在粘粘着着区区中中部部中中性性点点附附近近,出出现现塑塑性性变变形形停停滞滞区区,该该区区域域内内没没有有塑塑性性
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