轧制过程摩擦与润滑

铝轧制润滑1，轧制工艺中的摩擦特点2，铝热轧制润滑2.1 乳液形成原理2.2 乳液润滑机制2.3乳化液体系2.4乳液的维护和管理3，铝冷轧润滑3.1水基产品3.2油基产品1， 轧制的摩擦学特点从摩擦学观点对金属轧制进行分析，一般认为有如下特点： 1） 轧件和辊面之间有前滑区，后滑区和粘着区，各区内摩擦力方向相反，存在复杂的相对滑动。

2） 摩擦条件复杂，没有统一的理论模型可以借鉴，有人认为可用Ld’/h 平均（Ld’—为考虑轧辊压扁的变形区长度，h 平均是指轧件的平均厚度）来衡量摩擦的剧烈状态。

其值分别分为 <0.3;0.3～1.0 ;1.0～3.0; 3.0～8.0; >8.0，其摩擦状态不断加剧。

3） 摩擦按其状态分类有干摩擦，液（流）体摩擦和边界摩擦。

可轧制因具体轧制过程不同，状态相差很大，大多数轧制处于混合摩擦状态即是干摩擦，液体摩擦和边界摩擦的混合过程。

4） 温度影响大。

冷轧过程中，强烈的热效应可以使变形区内温度高达100-200℃，这将明显影响润滑剂的吸附、解吸附性能以及化学反应速度等，从而直接影响润滑剂的润滑效果和老化过程。

5） 存在剩余摩擦。

正常咬入条件为α（咬入角）>β（摩擦角），而稳定轧制状态下β≥0.5α，有差不多一半以上的摩擦是多余的，即剩余摩擦。

剩余摩擦不仅增加前滑，而且增加轧制力能消耗，影响最小可轧厚度，产生残余应力和加剧热效应。

图1是斯特贝克（Stribeck）在1900-1902年提出的润滑状态曲线，图中的三个区域对应着三种主要润滑状态。

在I 区，摩擦表面被连续的润滑油所隔开，幽默的厚度远大于两表面的粗糙度之和，摩擦阻力由润滑油的内摩擦来决定，即为流体动压润滑或者弹性流体动压润滑状态。

当两个金属表面的接触压力增大时，或者润滑剂的粘度和滑动速度降低时，润滑剂的油膜变得越来越薄，将出现表面微凸体间图 1 Stribeck 曲线及其润滑状态的接触，从而进入混合润滑状态II.状态在这种状态下，载荷的一部分由流体润滑油膜承受，另一部分由接触的表面微凸体所承受，摩擦阻力由油膜的剪切和表面微凸体的相互作用来决定。

第一节轧钢基础知识一、轧制原理1.冷轧塑性变形基本参数冷连轧的主要工艺参数为轧制力和前滑，由于冷轧过程中存在下述特殊现象而使轧制力及前滑的计算公式复杂化。

（1）轧制过程中材料加工硬化现象严重，如果确定各种材料退火状态下的变形阻力以及随累计加工率而硬化的增加率将是精确确定轧制力的一个重要课题。

（2）在一定的工艺润滑下如何确定轧辊与轧件在变形区接触面上的摩擦力（摩擦系数）将是精确确定轧制力和前滑的另一个重要课题。

（3）冷轧过程前后张力较大，有关张力对轧制力及前滑的影响应给予足够重视。

（4）冷轧时变形区单位压力极高，轧辊将产生明显的弹性压扁，轧辊压扁一方面增加了轧辊与轧件的接触面积，同时又将使接触弧加长，加剧了外摩擦对轧制力的影响，并通过改变中性角而影响到前滑。

（5）轧件在出口处的弹性恢复，对于压下量不太大的道次将不容忽视，这亦将影响总的轧制力值。

所有这一切现象都将使冷连轧的轧制力和前滑公式复杂化。

1.1轧制变形区及其参数1.1.1基本参数变形区是轧件在轧制过程中直接与轧辊相接触而发生变形的那个区域，如图1-1所示。

其基本参数为：D为轧辊直径，mm;R为轧辊半径，mm;ho为轧制前轧件之高度(或称厚度)，mm；h1为轧制后轧件之高度（或称厚度），mm;h m为轧件的平均高度，h m=2h1)(ho,mm;△h 为压下量（或称绝对压下量），△h＝ho-h1,mm;bo为轧制前轧件的宽度，m;b1为轧制后轧件的宽度，m；△b=b1-bo为轧制前轧件之长度，m;L1为轧制后轧件之长度，m;a为咬入角（变形区所对应的轧辊中心角）；cosa=1-△h/D;r为中性角；AB为咬入弧或1触弧;Lc为咬入角（接触弧）水平投影的长度，Lc＝,㎜。

1.1.2 变形系数轧制时轧件塑性变形，使轧件尺寸在三个方向上都发生了变化，即：轧制之高度由ho减少到h1,比值h1/ho=η为轧件高度方向上的变形，η叫做压下系数。

图1-1 变形区基本参数轧件之宽度bo增加到b1，比值b1/bo=X为轧机宽度方向上的变形，X叫做宽度系数。

轧制油的特性及润滑机理1、轧制油的主要作用润滑—减小轧辊与铝箔之间的摩擦，提供稳定的摩擦界面，实现稳定轧制，提高表面质量。

冷却—带走金属的变形热和摩擦热，调整轧辊表面温度，控制板形。

清洗—清洗铝箔表面铝粉和机架内的皂化物和铝粉。

2、轧制油的要求轧制油应有良好的润滑性能、冷却性能和高温高压状态下的稳定性能，轧制时不能发生明显的变质；轧制时挥发量要小，退火时易挥发，不形成油斑；无毒，对人体无害。

3、轧制油的组成轧制油由基础油和添加剂组成。

4、基础油的生产方式、质量指标和主要作用4.1 生产方式基础油的生产方式见图1。

4.2 基础油的主要理化指标粘度：油的粘稠程度，主要由取决于碳链的长短。

在其它参数不变的情况下，粘度越高，轧制速度越低。

轧制油随着使用时间的增加，粘度会增加。

馏程（初馏点与终馏点之间的温度差）：主要由取决于碳链的长短。

当我们确定了油品的粘度后，馏程宽，就意味着初馏点低，终馏点高，油的挥发大，退火除油困难，使用时粘度动大，速度变化大。

现在粗轧和中精轧基础油的粘度都在30℃以内（粗轧：216～246℃，中精轧：208～238℃）闪点：将油品放在在一个密闭的容器中加热，随着油品温度的升高，油的蒸汽浓度也会增加，能使油品遇见明火发生闪火时对应的最低油品温度点叫闪点。

是衡量油品安全程度的指标。

现在我们三台轧机油的蒸汽浓度均达到了着火的条件，只要有明火或相当于明火的温度，就会发生火灾。

因此，应严格控制明火和机架内的高温。

芳烃：原油中本身存在的一种物质，有一定的香味，也叫芳香烃。

芳烃对人体有害，美国FDA要求轧制油中的芳烃含量应小于1.0%。

现在我们公司使用的基础油芳烃含量小于0.3%，不会对人体产生危害。

硫含量：油品中单质硫和硫化物的总含量。

硫对设备有腐蚀，加速油品的变质。

但硫对润滑有好处（提高极压膜强度）。

硫含量越低越好。

溴价：每100克油品所吸收溴（Br）的毫克数。

溴价的大小反映了油品中双键的多少，包括芳烃中的双键，是衡量油品稳定性的重要指标。

摩擦与润滑1、基本概念基本概念基本概念基本概念摩擦学：摩擦学（Tribology）一词是1966年才开始使用的，是研究相互作用表面发生相对运动时的有关科学、技术和实践的一门综合性科学技术，其基本内容就是研究机械中的摩擦、磨损和润滑问题。

摩擦：两个相互作用的物体在外力作用下发生相对运动时所产生的阻碍运动的阻力称为“摩擦力”，这种现象称之为“摩擦”。

磨损：摩擦副之间发生相对运动时引起接触表面上材料的迁移或脱落过程称之为磨损。

润滑：在两物体相对运动表面之间施加润滑剂，以减少接触表面间的摩擦和磨损。

2、基本原理：摩擦原理的早期认识及基本观点：答：凹凸说：1、认为摩擦的起因是一个凸凹不平的表面沿另一‘表面上的微凸物体上升所作的功，也就是说摩擦是由于表面凸凹不平而引起，即摩擦的凹凸学说。

2、库仑在解释摩擦起因时，他认为首先是接触表面凹凸不平的机械啮合力，其次是分子之间的粘附力。

虽然，他已认识到粘附在摩擦于可能起一定作用．但是次要的，粗糙表面的微凸体才是主要的。

粘附说：1、摩擦粘附说：认为摩擦力的真正原因在于接触摩擦区两表面之间的分子粘附作用。

2、表面分子吸引力理论：认为摩擦是接触表面分子间相互排斥力与相互吸引力的作用结果。

3、分子机械摩擦理论：认为机械与分子吸附是摩擦之源。

摩擦与接触面微凸体的弹塑性变形、微凸体相遇时的剪切、犁沟以及接触面分子吸引有关。

4、近代被公认的摩擦粘附理论：认为表观接触面积与真实接触面积差别很大，而且真实接触面积还会随摩擦条件而变化，两微凸体之间因存在吸附力而形成接点。

摩擦力应为剪断金属之间接点所需的力与硬金属表面微凸体在软金属表面犁沟所需力之和。

这一理论最初应用于两种金属之间的摩擦，现在，已深入到非金属等许多其他材料。

第一章表面性质与表面接触1、为什么在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好？答：液体的表面张力越小，接触角越小，固体表面就越容易被液体表面浸润。

一般认为，液体的表面张力小于固体的表面张力即可润湿固体表面，所以在选择润滑剂时希望其表面张力越低越好。

轧制时摩擦系数的研究一、摩擦系数的定义和意义摩擦系数是指两个接触物体表面之间相对运动时所受到的摩擦力与法向压力之比。

在轧制过程中，摩擦系数的大小直接决定了轧制工艺的稳定性、质量和效率。

二、摩擦系数影响因素的理论分析1.材料性质：材料的硬度、表面粗糙度、润滑性能等都会影响摩擦系数的大小。

2.工艺参数：轧制过程中的轧制力、轧制速度、轧制温度等参数的改变都会对摩擦系数产生影响。

3.润滑条件：润滑剂的种类、涂覆方式、润滑剂与材料之间的相互作用等都会对摩擦系数产生影响。

三、摩擦系数研究方法的探讨1.实验方法：通过制备不同材料和润滑条件下的轧制试样，测量摩擦力和法向压力，计算摩擦系数。

实验结果可用于验证理论模型的准确性。

2.数值模拟方法：利用有限元方法建立轧制过程的数值模型，考虑材料特性、润滑条件等参数，通过模拟计算得到摩擦系数的分布和变化规律。

3.经验公式方法：通过对大量实验数据的分析，建立经验公式来预测摩擦系数。

这种方法具有简单、快速的优点，但对于特殊材料和工艺条件的适用性有限。

四、摩擦系数研究在轧制工艺中的应用1.优化轧制工艺：通过研究摩擦系数的变化规律，可以调整轧制工艺参数，使其达到最佳状态，提高产品质量和生产效率。

2.改进润滑剂和涂覆方式：研究摩擦系数的影响因素，可以指导润滑剂的选择和涂覆方式的改进，提高润滑效果和降低能耗。

3.预测轧制过程中的摩擦热：摩擦系数的研究可以为轧制过程中的摩擦热产生提供依据，进而优化轧制工艺，避免过高的温度对产品质量的不良影响。

轧制过程中的摩擦系数研究对于优化工艺、提高产品质量和生产效率具有重要意义。

通过理论分析、实验方法和数值模拟等手段，可以深入研究摩擦系数的影响因素和变化规律，为轧制工艺的改进和优化提供科学依据。

同时，摩擦系数的研究也需要与实际生产相结合，不断完善和验证研究成果，推动轧制技术的进步和发展。

金属压力加工中的摩擦与润滑摘要:在金属压力加工的过程中，摩擦与润滑是其中比较重要的工艺因素。

对于影响摩擦的因素，润滑剂的使用机理和特点等都是需要重视和研究的问题。

本文从这些问题提出以下粗浅的想法。

关键词:金属压力加工；摩擦；润滑引言在金属压力加工中,制品与工具表面间存在相对滑动,不可避免地会产生摩擦。

为了减轻这种外摩擦的不良影响,通常需要进行工艺润滑。

事实证明:了解这种偶件之一的金属基体发生连续塑性变形条件下的摩擦与润滑的规律,无论在理论上和实践上都有着极其重要的意义。

一、金属压力加工中摩擦的特点及影响因素（一）金属压力加工中摩擦的特点金属压力加工与一般机械传动中的摩擦相比,具有以下特点:（1）界面温度高压力加工时,接触面的表层温度随着滑动速度的增大而升高且不均匀,摩擦系数随滑动速度和温度的升高而增大。

但是,当温度超过一最大值后,摩擦系数随滑动速度和温度的升高而下降。

例如,同一材料在锤上镦粗比压力机上镦粗摩擦系数小20%～25%。

（2）压力高,接触面积大压力加工时的单位压力一般为500MPa。

单位压力小时,摩擦系数与压力无关。

当压力大到某一值后,摩擦系数趋于稳定。

接触面积大小与材料种类有关。

随着接触面积增大,材料粘着系数与摩擦系数也增大。

（二）金属压力加工中摩擦的影响因素（1）变形温度在压力加工中,变形温度对摩擦的影响十分复杂、随着温度的升高,将会出现互相矛盾的两种现象:一方面,金属容易产生氧化皮,因而摩擦系数增大;另一方面,变形应力的降低又使摩擦系数减小。

而且,随着温度的变化,氧化皮的性质和厚度也发生变化。

在温度较低时,氧化皮呈脆性。

随着温度增高,氧化皮厚度增大,摩擦系数也增大。

达到一定温度时,氧化皮开始软化,摩擦系数达到峰值。

温度再升高时,氧化皮的塑性增大到一定限度,摩擦系数减小。

含碳量对摩擦的影响,主要在于氧化皮性质不同。

（2）变形速度在压力加工中,变形速度对摩擦系数的影响也很大。

变形速度增大时,摩擦系数降低。

Chap 11.外摩擦：发生在工件和工具接触面之间，阻碍金属流动的摩擦，称外摩擦，是影响材料变形的重要因素之一。

2.研究摩擦的意义：全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉，失效零件的80%是由于磨损造成的。

因此，发展摩擦学可以有效的节约能源。

Chap21．金属塑性成形过程中摩擦的特点和作用如何？特点：（1）在高压下产生的摩擦；（2）较高温度下的摩擦；（3）伴随着塑性变形而产生的摩擦；（4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大。

作用：（1）不利的方面：（a）改变物体应力状态，使变形力和能耗增加；（b）引起工件变形与应力分布不均匀；（c）恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命，而且降低制品的表面质与尺寸精度；（2）利用：（a）增大摩擦改善咬入条件，强化轧制过程；（b）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。

2.金属塑性成形过程中摩擦的类型及各自的特征是什么？（1）干摩擦：完全没有润滑，金属与工具之间直接接触。

（2）流体摩擦：较厚的润滑层将金属与工具隔开，摩擦发生在流体内部的分子之间，与接触表面的状态无关，与流体的粘度，速度梯度等。

（3）边界摩擦：介于干摩擦和流体摩擦的一种摩擦类型。

（4）混合摩擦：摩擦表面上既存在干摩擦状态，也存在边界摩擦状态和流体润滑状态的一种摩擦类型。

Chap31.金属表层的结构组成如何？金属材料的表面层结构注意：加工硬化层也叫冷硬层和贝氏体层；氧化层又称污染层。

2.何谓表面粗糙度及表示方法有哪些？加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性，称为表面粗糙度。

表征材料表面微观几何形状特征，表面微凸体的高度与分布。

表示方法有：（1）轮廓算术平均偏差Ra 该方法能够充分反映表面微观几何特征但对于测量过于粗糙或光滑的表面不适用。

（2）微观不平度十点高度Rz 该方法测量简便，但只反映峰高，不反映峰的几何特征，受测量者主观影响较大，无周期性的宏观误差。

（3）轮廓最大高度Ry 对控制深加工痕迹有重要意义，保证小零件的表面质量，不如Rz反映的几何特征准确。

轧制工艺润滑的作用
轧制工艺中润滑的作用是多方面的。

首先，润滑剂可以减少金属材料在轧制过程中的摩擦阻力，从而降低轧制机械设备的能耗，延长设备的使用寿命，提高生产效率。

其次，润滑剂可以有效地降低金属材料的表面温度，减少热变形，避免表面质量缺陷的产生，提高轧制产品的表面质量。

此外，润滑剂还可以防止金属材料与轧辊之间的粘着现象，减少轧辊的磨损，延长轧辊的使用寿命，降低生产成本。

另外，润滑剂还可以在轧制过程中形成一层保护膜，防止金属材料氧化、腐蚀，保持产品的表面光洁度和质量稳定性。

总的来说，润滑剂在轧制工艺中起着降低摩擦阻力、提高生产效率、改善产品表面质量、延长设备寿命等多方面作用。