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| 金屬材料冷拉拔及流體動力潤滑 | | 發(fā)布者：admin 點擊：3933 | 1.冷拉拔成形工藝的特點
冷拉拔是指金屬棒料或者管材在拉力作用下通過具有一定形狀的?？?，從而獲得一個一定形狀和尺寸的小截面產品的塑性成形方法。如：各種尺寸的無縫管材、異性管、異性棒料等，在碳鋼、銅、鋁及其合金等金屬材料的塑性加工中占有非常重要的地位。
冷拉拔加工的特點是：由于接觸表面的壓力很高，摩擦力很大，從而限制了材料的變形程度，同時容易在制品的表面上產生很多的劃傷，影響制品的表面質量。產生摩擦力的原因主要為：金屬材料塑性變形大，產生的熱量大，接觸點發(fā)生電子或者原子的轉移，從而使金屬材料發(fā)生黏著，冷拉拔過程就是一個黏著—撕脫交替進行的過程。各黏著點被剪切而撕脫的阻力是構成摩擦力的主要部分；硬金屬(模具)粗糙表面上的微凸體也將壓入軟金屬(拉拔材料)表面，使之發(fā)生塑性變形并犁出溝槽，此犁削金屬而產生的滑動阻力也是摩擦力的一部分。但是當兩表面較光滑時，它與黏著造成的摩擦力相比影響較小。此外拉拔材料與模具表面平面接觸部分的滑動阻力，以及潤滑劑的流動阻力也是拉拔過程中的摩擦力一個組成部分，但是所占比例比較小。
研究表明，拉拔中總能量的約10%消耗于變形金屬坯料與模具間的外摩擦。當?shù)退倮螘r，模具與金屬坯料產生的熱量，幾乎都能夠傳遞到金屬坯料與模具材料內部。而在高速拉拔時，產生的變形熱和摩擦熱來不及傳遞，從而使模具與金屬坯料界面的溫度急劇上升，引起潤滑膜的破壞，并發(fā)生金屬坯料與模具的黏結現(xiàn)象。
隨著摩擦系數(shù)的增加，摩擦能耗占總能耗的比例增加。當摩擦系數(shù)在0.02—0.1之間變化時，斷面收縮率為10%—40%，摩擦消耗功所占的比例也由6%增加到40%。
目前在金屬材料的冷拉拔加工工藝中，采用干粉潤滑劑，不僅摩擦力比較大，而且污染環(huán)境，不利于保護工人的身體健康。所以應該采用流體潤滑劑，并實現(xiàn)“流體動力潤滑”。其關鍵技術是：在冷拉拔的工藝過程中建立起“潤滑劑的強迫潤滑機制”。
2.金屬材料冷拉拔工藝流體動力潤滑
流體動力潤滑的摩擦特點為：
(1)完全的流體潤滑狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，其值通常在0.001—0.0001之間，所以能夠有效的降低摩擦的力能消耗。
(2)由于在流體潤滑狀態(tài)下，摩擦系數(shù)小，由摩擦而產生的熱量小，并且摩擦面上不斷地流過潤滑劑，潤滑劑帶走了大部分的熱量，對摩擦表面的冷卻效果好，模具表面的溫度比較低，有利于提高模具的使用壽命。
(3)摩擦面的磨損很少，甚至不發(fā)生磨損和黏結損傷，同樣將大大地提高模具壽命。
(4)形成的潤滑膜層較厚，可達數(shù)十um到幾百um，即使是在高壓狀態(tài)下，潤滑膜也足以將金屬與模具表面分隔開。
(5)由于摩擦阻力小，從而可以提高拉拔制品的表面質量。
理論分析表明：變形區(qū)內的外摩擦力取決于潤滑劑膜的厚度，而潤滑劑膜的厚度取決于接觸壓力、潤滑劑的黏度、接觸表面的溫度和相對滑動的速度、以及錐管長度和斜度等諸多因素。接觸壓力越大，潤滑劑膜越薄；潤滑劑的黏度越大，潤滑劑膜在相同的接觸壓力下不易被擠出，潤滑劑膜也就比較厚；當接觸面的溫度比較高時，由于潤滑劑在比較高的溫度下其黏度變稀，從而容易被擠出，所以潤滑劑膜的厚度就比較薄；而相對滑動的速度大時，潤滑劑內部的壓力升高大，從而也可以使?jié)櫥瑒┍３直容^厚的潤滑劑膜；錐管的長度越長、斜度越大，越有利于在潤滑劑內部建立壓力場，產生較厚的潤滑劑薄膜。
所以對于拉拔過程中使用的液體潤滑劑，除對于潤滑劑的一般要求外，還要求具有下列特殊性能：
(1)為滿足高速拉拔的要求，由于高速拉拔時金屬材料塑性變形產生的熱量將會使材料升溫，所以要求潤滑劑應在高溫下能夠保持性能不變；
(2)良好的冷卻模具與金屬坯料的作用，防止模具和拉拔材料由于過熱而產生黏著；
(3)潤滑劑在拉拔時應有良好的附著性能，但拉拔后制品表面的潤滑膜又能容易地被去除，并對產品熱處理和退火質量無不良影響；
(4)潤滑劑的材料來源廣，價格便宜；
(5)潤滑劑在使用和制造過程中，不污染環(huán)境，對操作人員無毒副作用。
3.拉拔過程中流體強迫潤滑機理
冷拉拔工藝的成形特點可以由金屬材料接觸表面微觀不平度的夾帶機制、流體動力潤滑機制、以及潤滑劑與接觸面的物理及化學吸附機制共同作用，從而在金屬材料的變形區(qū)中形成強有力的潤滑薄膜，起到潤滑效果。
冷拉拔工藝中的模具和拉拔金屬表面都不可能光滑甲整，凹凸不平的表面上的凹穴將會儲存潤滑劑稱為潤滑油池，拉拔時潤滑劑將隨同潤滑“油池”被帶入變形區(qū)。表面愈粗糙帶入的潤滑劑愈多，潤滑膜的厚度就愈厚。這就是潤滑劑的夾帶機制。
根據(jù)流體動力學原理，在拉拔中由于金屬坯料與模具的相對運動，將涂覆在金屬坯料表面上的潤滑劑帶入塑性變形區(qū)。由于模具存在錐角，潤滑劑在金屬材料變形區(qū)入口處形成潤滑劑油楔。黏附在拉拔金屬表面的潤滑劑隨之同步運動，潤滑劑在經過間隙逐漸變小的錐形管時，潤滑劑內部逐漸增壓，當增壓到一定程度時，就可以有效地避免或減少潤滑劑被高接觸壓力擠出的現(xiàn)象。潤滑劑內部的壓力使接觸壓力很大的變形區(qū)的金屬與模具表面仍存在一層薄而穩(wěn)定的潤滑劑膜，金屬坯料與模具表面間的相互滑動主要在此薄膜內進行，從而可以有效地減少摩擦力，這就是潤滑劑的流體動力潤滑機制。
同時，在潤滑劑中添加各種極壓劑、油性劑，以提高潤滑劑在金屬表面上的吸附作用，實現(xiàn)潤滑劑的吸附機制。(圖/文www.yj-jz.cn) | 上一頁：鋼板一道矯直工藝狀況的分析
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