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| 金屬材料冷拉拔及流體動(dòng)力潤滑 | | 發(fā)布者：admin 點(diǎn)擊：5015 | 1.冷拉拔成形工藝的特點(diǎn)
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(gè)一定形狀和尺寸的小截面產(chǎn)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(diǎn)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(shí)容易在制品的表面上產(chǎn)生很多的劃傷，影響制品的表面質(zhì)量。產(chǎn)生摩擦力的原因主要為：金屬材料塑性變形大，產(chǎn)生的熱量大，接觸點(diǎn)發(fā)生電子或者原子的轉(zhuǎn)移，從而使金屬材料發(fā)生黏著，冷拉拔過程就是一個(gè)黏著—撕脫交替進(jìn)行的過程。各黏著點(diǎn)被剪切而撕脫的阻力是構(gòu)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(chǎn)生的滑動(dòng)阻力也是摩擦力的一部分。但是當(dāng)兩表面較光滑時(shí)，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(dòng)阻力，以及潤滑劑的流動(dòng)阻力也是拉拔過程中的摩擦力一個(gè)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(dāng)?shù)退倮螘r(shí)，模具與金屬坯料產(chǎn)生的熱量，幾乎都能夠傳遞到金屬坯料與模具材料內(nèi)部。而在高速拉拔時(shí)，產(chǎn)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(jié)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(dāng)摩擦系數(shù)在0.02—0.1之間變化時(shí)，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(hù)工人的身體健康。所以應(yīng)該采用流體潤滑劑，并實(shí)現(xiàn)“流體動(dòng)力潤滑”。其關(guān)鍵技術(shù)是：在冷拉拔的工藝過程中建立起“潤滑劑的強(qiáng)迫潤滑機(jī)制”。
2.金屬材料冷拉拔工藝流體動(dòng)力潤滑
流體動(dòng)力潤滑的摩擦特點(diǎn)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(chǎn)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(jié)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(dá)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(zhì)量。
理論分析表明：變形區(qū)內(nèi)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(dòng)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(dāng)接觸面的溫度比較高時(shí)，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(dòng)的速度大時(shí)，潤滑劑內(nèi)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(nèi)部建立壓力場，產(chǎn)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(shí)金屬材料塑性變形產(chǎn)生的熱量將會(huì)使材料升溫，所以要求潤滑劑應(yīng)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(chǎn)生黏著；
(3)潤滑劑在拉拔時(shí)應(yīng)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(chǎn)品熱處理和退火質(zhì)量無不良影響；
(4)潤滑劑的材料來源廣，價(jià)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(qiáng)迫潤滑機(jī)理
冷拉拔工藝的成形特點(diǎn)可以由金屬材料接觸表面微觀不平度的夾帶機(jī)制、流體動(dòng)力潤滑機(jī)制、以及潤滑劑與接觸面的物理及化學(xué)吸附機(jī)制共同作用，從而在金屬材料的變形區(qū)中形成強(qiáng)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(huì)儲(chǔ)存潤滑劑稱為潤滑油池，拉拔時(shí)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(jī)制。
根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，在拉拔中由于金屬坯料與模具的相對運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，潤滑劑在經(jīng)過間隙逐漸變小的錐形管時(shí)，潤滑劑內(nèi)部逐漸增壓，當(dāng)增壓到一定程度時(shí)，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(nèi)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(dòng)主要在此薄膜內(nèi)進(jìn)行，從而可以有效地減少摩擦力，這就是潤滑劑的流體動(dòng)力潤滑機(jī)制。
同時(shí)，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(shí)現(xiàn)潤滑劑的吸附機(jī)制。(圖/文www.n9955.com) | 上一頁：鋼板一道矯直工藝狀況的分析
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