1、+外摩擦：發生在工件和工具接觸面之間，阻礙金屬流動的摩擦，稱外摩擦，是影響材料變形的重要因素之一。+研究摩擦的意義：全世界工業能源的1/3被摩擦損耗掉，失效零件的80%是由于磨損造成的。因此，發展摩擦學可以有效的節約能源。+2.1 金屬塑性成形中摩擦的特點和作用如何？（填空、簡答）金屬塑性成形中摩擦的特點:（1） 在高壓下產生的摩擦。塑性成形時接觸表面上的單位壓力很大。高的面壓使潤滑劑難以帶入或易從變形區擠出，使潤滑困難及潤滑方法特殊；（2） 較高溫度下的摩擦。塑性加工時界面溫度條件惡劣。高溫下的金屬材料，除了內部組織和性能變化外，金屬表面要發生氧化，給摩擦潤滑帶來很大影響；（3） 伴隨著塑性

2、變形而產生的摩擦。在塑性變形過程中由于高壓下變形，會不斷增加新的接觸表面，使工具與金屬之間的接觸條件不斷改變。接觸面上各處的塑性流動情況不同，有的滑動，有的粘著，有的快，有的慢，因而在接觸面上各點的摩擦也不一樣；（4） 摩擦副（金屬與工具）的性質相差大。一般工具都硬且要求在使用時不產生塑性變形；而金屬不但比工具柔軟得多，且希望有較大的塑性變形。金屬塑性成形中摩擦的作用：（1） 摩擦的不利方面：（a）改變物體應力狀態，使變形力和能耗增加； （b）引起工件變形與應力分布不均勻； （c）惡化工件表面質量，加速模具磨損，降低工具壽命，而且降低制品的表面質量與尺寸精度；（2） 摩擦的利用：例如，用增大摩

3、擦改善咬入條件，強化軋制過程； 增大沖頭與板片間的摩擦，強化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。2.2金屬塑性成形中摩擦的類型及各自特征是什么？（1）按產生摩擦的部位分類 外摩擦：摩擦與兩物體接觸部分的表面相互作用有關，而與物體內部狀態無關； 內摩擦：阻礙同一物體各部分間相對移動的摩擦稱為內摩擦。內摩擦一般發生 在塑性變形工藝中。（2）按摩擦副運動狀態分為靜摩擦和動摩擦 靜摩擦：一物體沿另一物體表面有相對運動趨勢時產生的摩擦稱靜摩擦。其隨外力增大而增大，當外力增大到臨界值時，靜摩擦力達最大值，稱最大靜摩擦力。外力超過最大靜摩擦力時，物體才開始宏觀運動。 動摩擦：一個物體沿另一個物體表面相對運動時

4、產生的摩擦叫動摩擦。通常認為靜摩擦力大于動摩擦力（3）按摩擦副運動形式分分類 滑動摩擦：物體接觸表面相對滑動時的摩擦稱為滑動摩擦。 滾動摩擦：在力矩作用下，物體沿接觸表面滾動時的摩擦，叫做滾動摩擦。（4）按摩擦副的材質分為類可分為各種金屬材料之間、非金屬材料之間以及各種金屬材料與非金屬材料、金屬材料與彈性材料之間的摩擦等（5）按摩擦副表面潤滑狀態分類 純凈摩擦：摩擦表面沒有任河吸附膜或化合物存在時的摩擦稱為純凈摩擦。這種摩擦只有在接觸表面產生塑性變形(表而膜破壞)或在真空中摩擦時才發生。 干摩擦：在大氣條件下，摩擦表面間名義上沒有潤滑劑存在時金屬與工具直接觸的摩擦叫做干磨擦。 流體摩擦：相對運

5、動的兩物體表面完全被流體隔開時的摩擦稱為流體摩擦。較厚薄膜，摩擦發生在流體內部，與接觸表面狀態無關。 邊界摩擦：摩擦表面間有一層極薄的潤滑膜存在時的摩擦稱為邊界摩擦，（較多）介于干摩擦與流體摩擦之間 混合摩擦：是過渡狀態的摩擦，如半干摩擦和半流體摩擦。半干摩擦是指同時有邊界摩擦和干摩擦的情況。半流體摩擦是指同時有流體摩擦和邊界摩擦的情況。 3.1金屬表面層的結構組成如何？多為晶體結構，宏觀上通常假定為均勻組織、力學性能各向同性，有內到外為： 金屬材料的基體材料變形層：加工過程中曾產生彈性變形與塑性變形，有殘余應力加工硬化層：又稱貝氏體層，道具切削熱作用，瞬間熔化流動，隨即被基體冷寂淬火形成的微

6、細晶質層或非晶層，硬度較高氧化層：又稱污染層沉積吸附層：塵埃油污沉積，氧分子、水蒸氣吸附此外還有位錯、雜質、臺階(生長臺階或解理臺階)等。 3.2形成金屬表面不平的原因？（了解）（1）金屬材料結晶時，臨近自由表面的晶粒容易伸出表面； （2）金屬板料塑性變形時，臨近自由表面的晶粒在扭轉或滑移中容易伸出表面； （3）模具材料切削加工時，表面晶粒被撞擊導致破碎而形成高低不平的表面； 4）受切削刀具機床振動的影響，模具表面形成表面的起伏不平。 3.3表面形狀誤差有哪幾類？，即表面形狀誤差，如圓柱度、直線度等；-表面波紋度，是指零件表面周期性重復出現的一種幾何形狀誤差 ；-表面粗糙度，是指加工表面上具有

7、的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。注：表面粗糙度+波紋度+形狀公差=實際表面形貌 +3.4何謂表面粗糙度？其表示方法有哪些（評定指標、符號）？表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性，分為宏觀與微觀兩類。表示方法如下：（1）輪廓算術平均偏差Ra：取樣長度內輪廓偏距絕對值的算術平均值 ，應用最廣泛（2）均方根偏差Rq：輪廓圖形上各點和中線之間距離平方的平均值的平方根 （3）微觀不平度十點高度Rz：標準長度l內五個最高的輪廓峰高的平均值與五個最低的輪廓谷深的平均值之和（4）輪廓最大高度Ry：在標準取樣長度內輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離（除去特殊點） 表示方法

8、：a1,a2-粗糙度高度參數代號及其數值,單位為微米b-加工要求鍍覆涂覆表面處理或其它說明等c-取樣長度單位為毫米或波紋度,單位為微米d-加工紋理方向符號e-加工余量單位為毫米 f-粗糙度間距參數值單位為毫米或輪廓支承長度率比較：Ra：充分反映表面微觀幾何特征；無法過于光滑、過于粗糙表面Rg：放大偏離中線的點更好地反映粗糙度；無法測過于光滑、過于粗糙表面Rz：測量簡便；只能反映峰高，不能反映幾何特性；受測量者主觀影響大Ry：不如Rz反映的幾何特性準確；對于控制加工所得零件沒有較大痕跡，對于較小尺寸零件表面質量控制有實際意義對于微觀幾何特征的反映：Ra=Rq>Rz>Ry+3.5何謂真

9、實接觸面積？其主要研究方法有哪些？真實接觸面積Ar：多個微凸體實際接觸點的面積的總和（名義或幾何接觸面積Am：相接觸的固體相互重疊的表現面積）。（1） 以接觸傳導率為基礎的測量法中的電阻率方式：整個接觸電阻等于發生在實際接觸區的尺寸變化的電阻和與實際接觸點尺寸和數量有關的電阻之和，影響因素復雜，不精確；（2） 幾何方法：根據測量表面趨近量求得實際接觸面積與趨近量的關系，測量困難需要大量輪廓普才能得到準確結果；（3） 薄膜法：主要有熒光膜法、同位素膜法、碳膜法，數據可靠靈敏度高，其中碳膜法使用最多；（4） 光學法：根據光的直射與反射、干涉現象，數據準確可靠性高透光要求（至少一個透光）應用受限（5

10、） 分析法：利用SEM等分析，分析區域太小、準確度低碳膜法：在接觸面上用真空鍍碳法鍍上一層碳膜，接觸后接觸處碳膜破裂，試樣分開后留下明顯的接觸痕跡，根據接觸痕跡可測得實際接觸面積；簡單、可靠。具體如下：3.6寫出粗糙度符號：車加工零件，Rz表示的粗糙度為3.2微米，零件表面粗糙度處處相等（課上老師舉例）4.1主要的摩擦理論有哪些？各自特點？一、干摩擦理論1經典的摩擦理論 1）干摩擦狀態下的機械摩擦理論（只適應與粗糙表面：表面凹凸相互鑲合） 要點：摩擦力與作用于摩擦面間的法向載荷成正比，其方向總是與接觸表面間的相對運動速度的方向相反。 摩擦力的大小與名義接觸面積無關。 摩擦力的大小與滑動速度無關

11、。 靜摩擦力大于動摩擦力。 2）干摩擦狀態下的分子作用理論（斥力、引力作用） 要點：摩擦系數與接觸面積成正比，而與載荷的立方根成反比2近代的摩擦理論 1）摩擦的機械-分子理論 該理論認為摩擦力由兩部分組成，即克服對偶表面分子之間的相互作用力和使金屬材料表面層發生改變的機械阻力(變形抗力)，即： 2）初期的黏著摩擦理論 要點：摩擦表面的凸峰點處于塑性接觸狀態； 滑動摩擦是粘著與滑動剪切交替發生的粘滑過程 摩擦力是粘著效應和犁溝效應產生阻力的總和。 3）修正的粘著理論 綜合考慮壓縮應力和剪切應力，提出了當量應力K的概念，即： 要點：真實接觸面積是由塑性變形所決定的； 兩個摩擦表面是被一層剪切強度變

12、化的表面膜分隔開，表面膜的剪切強度可在極低值至基體金屬剪切應力的范圍內變化； 摩擦力是剪切隔開兩表面的表面膜所需的力。4）黏著理論中的犁溝效應 犁溝效應：硬金屬的粗糙凸峰嵌入軟金屬后， 在滑動中推擠軟金屬使之發生塑變，犁出一條溝的現象。軟金屬越硬，犁溝力越小二邊界摩擦理論+定義：邊界摩擦又稱邊界潤滑摩擦，值相對運動的兩個金屬表面被極薄的潤滑膜（d<0.1微米）隔開，潤滑膜不遵從流體動力學定律，且表面磨損不取決于潤滑劑的粘度而取決于兩表面的特性和潤滑劑的性能，潤滑膜包括潤滑劑和層狀晶格化物。分類：區為厚膜潤滑或者流體動力潤滑區； 區為薄膜潤滑或者彈性流體潤滑區；區為 邊界潤滑或者極壓潤滑區

13、。特點：摩擦系數小，通常為；金屬材料的表面不與模具表面直接接 觸，模具的磨損小，即模具的使用壽命比較高。三、流體潤滑摩擦理論 d=1.52微米摩擦是流體內部的a.流體動壓潤滑：斜面，自身流動壓力強迫冷拉拔；b.流體靜壓潤滑：外部壓力系統供壓。四、混合摩擦理論+4.2何謂邊界摩擦？邊界膜的分類及特點？定義見上一題邊界膜分類及特點見下表：分類 特點 形成條件 適用范圍 物理吸附膜 由分子吸引力使極性分子定向排列，吸附在金屬表面，吸附與脫附完全可逆。 吸附熱為8-43kJ/mol時形成，高溫時脫吸 常溫，低速，輕載 化學吸附膜 在極性分子的有價電子與基體表面的電子發生交換而產生的化學結合力，使極性分

14、子定向排列，吸附在金屬表面上。吸附與脫吸不完全可逆。 吸附熱為42-420kJ/mol時形成，高溫時脫吸，隨之發生化學變化 中溫，中速，中載 化學反應膜（自然發生） S，P，Cl等元素與金屬表面進行化學反應，生成金屬膜，其熔點高，剪切強度低，反應不可逆。 在高溫下反應生成 高溫，高速，重載 氧化膜 金屬表面由于晶格點陣原子處于不平衡狀態，化學活性大，極易與氧反應，形成氧化膜。 在室溫下，無油的純凈金屬表面氧化生成 只能起到瞬時潤滑作用 +4.3何謂流體潤滑摩擦？其特點及優點？當金屬材料與模具表面之間涂覆潤滑劑，金屬材料與模具相互滑動時，某些工藝局部將產生流體潤滑摩擦。流體潤滑的特點：當摩擦副的

15、兩個摩擦表面由一層具有一定厚度（）的粘性流體分開時，靠流體內的壓力平衡外載荷，流層中的大部分分子不受金屬表面離子電力場的作用，可以自由移動，摩擦阻力主要由流體的內摩擦引起。流體潤滑的優點：摩擦阻力低，摩擦系數小（或者更低），潤滑膜避免了金屬的直接接觸，減少了磨損，油膜對金屬表面有保護作用，防止表面銹蝕；油膜有吸振作用，使機器運轉更加平穩；流體的流動降低了摩擦熱，并對摩擦表面有一定的沖洗降溫作用，改善了摩擦副的工作條件，延長了其使用壽命。5.1外摩擦對于金屬塑性變形是怎么影響的？一、 縱斷面內的不均勻變形 在與壓板相接觸的端面上，金屬質點將直接受到界面摩擦阻力的作用，流動比較困難，而且越往端面中

16、心，質點所受阻力越大。反之，遠離斷面的半高處質點橫向流動時所受到端面摩擦的影響最小，橫向變形最大，結果形成單鼓形。但是，當變形體高度較大時，也常可能形成雙鼓形。二、橫斷面內的不均勻變形如果接觸面上沒有外摩擦，那么該面質點將沿放射線方向流動，變形后的端面形狀與變形前的相似。但是，當接觸面上有摩擦阻力時，金屬質點的流動方向就必須遵守最小阻力定律：如果物體在變形過程中其質點有向各個方向移動的可能時，則物體各質點將向著阻力最小的方向移動。因此，當端面上其它外部情況相同時，各質點將朝著由它向斷面輪廓線所做的最短法線方向移動。其結果是導致端面各區域內的變形不均勻。三、高向與橫向變形的綜合作用-側面翻平現象

17、 在平板間壓縮時，由于外摩擦引起高向各層斷面變形的不均勻，在形成鼓形的同時，經常發現側表面金屬質點會局部轉移列接觸端面上去，這就是所謂的側面翻平(簡稱側翻)現象。在其他條件不變的情況下，接觸面上摩擦越大，金屬側翻現象就越明顯。四、外摩擦與變形區幾何因子綜合影晌-接觸端面的分區外摩擦與變形區幾何因子的聯合影響，使得接觸表面上金屬質點的運動以及摩擦特點產生不同區域：全貼合、全滑動或混合狀態，進而影響到金屬變形的不均勻性。5.2外摩擦對于金屬塑性變形抗力如何影響？ 由于接觸表面上摩擦阻力的存在將直接阻礙表層金屬質點的流動，而且隨變形區幾何因子的不同，摩擦對金屬內部質點流動的牽制作用程度不同，進而金屬

18、變形時的變形抗力以及變形總力也就不同。在生產條件下，金屬變形的實際變形抗力可表示為： P=s+q （P為實際變形抗力，s為金屬真實變形抗力，q為附加變形抗力），變形條件不同，由摩擦引起的附加變形應力隨q不同，從而導致實際變形抗力P的變化。比真實變形抗力大實際變形抗力通常為真實變形力的倍。 +5.3近似流線錐模型中變形區幾何尺寸（H/D或h2）的作用？隨著變形程度的增加，內、外流線發展的程度，即變形的分布情況取決于端面摩擦狀況以及變形時上、下主錐頂間的距離h2或HD值。 當h20，即HD1時，上、下主錐不相接觸，這時外流線易發生，外流線出現多，主錐外區域的變形大，工件外形易成單鼓形。 當h20，

19、即HD1時，兩主錐相隔較遠，此時外流線同樣易發生，只是由于受變形速度影響以及工件高度很高，沿移線難以深入到工件半高區域，使變形集中在頂端頭附近，形成雙鼓形，變形顯得更不均勻。 在這兩種情況下，由于滑移線產生較易，而且由于主錐相隔較遠，相互間干擾較小。因此塑壓時金屬的變形抗力較小，即接觸面上的平均單位壓力P較小，而且P沿該面的分布較均勻。 當h2=0，即HD1時，內部流線產生因難，而且也因兩主錐相隔較近，相互干擾，使外流線的產生比上述情況因難得多。因此，可以定性認為，此時內、外流線產生條件相近，變形較均勻，在工件外形上不表現出明顯的鼓形。顯然，這時的平均單位值較大，P的分布較不均勻。 當h20，

20、即HD1時，上、下主錐互相穿插，內外流線相互干擾，產生極為困難。此時，需要較強的外部作用才能變形，因而表現出平均單位壓力值更大，P分布更不均勻。而且由于工件高度小，各層質點流動時相互牽制力強，可呈現全滑動情況。顯然，在這種情況下，變形體內各處的變形最均勻。+5.4產生粗晶環的原因是什么？如何避免？從擠壓時變形區金屬的流動景象可以看出，由于中心區域的金屬與“死區”金屬之間存在很大的流動速差，以致存在一個嚴重的剪切變形區，導致擠壓制品表面產生很大的物理變形。結果，制品在淬火加熱過程中，由于固溶在基體中的錳元素析出等原因，邊緣區域的再結晶開始溫度要比中心區域低3040。因此，淬火加熱中，在擠壓制品中

21、心仍能保持纖維狀組織（擠壓效應）的情況下，邊緣區域卻再結晶長大成粗大晶粒組織，形成“粗晶環”。避免：反向擠壓，潤滑6.1影響金屬黏著的主要因素？（了解） 工具材料、變形金屬與潤滑劑的性質，金屬的表面增加率，面壓，工具與坯料的運動速度與溫度，潤滑劑導入條件，工具與坯料相對滑移距離，變形程度，變形溫度與變形速度等。事實上，我們可以把影響金屬粘著的因素區分為內部因素和外部因素兩大類。內部因素：性質種類和大小粘著系數備注晶體結構立方高對HCP結構的Zn而言，沒有影響；對于FCC結構的Cu而言，純度影響很大從物化觀點看，高的表面能常意味著高的粘著強度；從力學觀點看，高的表面能意味著高硬度，粘著系數低六方低加工硬化系數高高純度高硬度高低彈性模量高低熔點高低再結晶溫度高低原子半徑小低表面能高外部因素： 影響金屬粘著的外界因素很多，主要是溫度、表面氧化膜以及工具與變形金屬之間配對性質對金屬粘著的影響。（1） 接觸界面溫度：一般認為，隨著界面溫度的升高，粘著力急劇增大；（2） 表面氧化膜