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　　摘　要：本文從塑性成形工藝，金屬表面涂層，模具表面處理，潤滑劑的選用多角度探討塑性成形中的摩擦與潤滑問題，對(duì)塑性變形前金屬涂層性能的要求進(jìn)行了評(píng)價(jià)，Z后簡述了模具表面涂層處理和難熔金屬塑性變形對(duì)潤滑劑的要求。
　　關(guān)鍵詞：塑性成形；摩擦與潤滑；涂層；表面處理
　　0　引言
　　塑性加工（擠壓、拉拔、軋制、鍛造、沖壓等）過程中，變形金屬與模具之間產(chǎn)生磨擦與摩擦力；摩擦力使得變形力增大，并引起變形的不均勻，從而引起金屬內(nèi)部組織的不均勻性；造成模具的磨損，降低壽命。摩擦理論還很不準(zhǔn)確，人們對(duì)摩擦的本質(zhì)機(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠，沒有一種理想的物理模型或數(shù)學(xué)模型能圓滿準(zhǔn)確地描述塑性加工中的摩擦效應(yīng)^[1]。摩擦與潤滑仍然是塑性成形中研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，王志剛教授從環(huán)境保護(hù)角度，論述了塑性加工摩擦與潤滑技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向和用塑性加工技術(shù)成形高精度表面的原理及工藝條件^[2]；郭正華等介紹了塑性成形過程摩擦測(cè)試研究方法和測(cè)試技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展^[3]；張正修等論述了沖壓過程中的摩擦與潤滑^[4]；楊洪波等對(duì)冷擠壓流體動(dòng)力潤滑模型的建立進(jìn)行了研究^[5]；鄭靜風(fēng)等研究了板料拉深成形潤滑模式^[6]等等。
　　然而從塑性成形方法，模具表面處理，金屬表面涂層及潤滑劑等角度全面探討的報(bào)道并不多見。
　　1　塑性成形中摩擦的特點(diǎn)
　　與一般機(jī)械摩擦相比較，塑性成形中的摩擦的主要特點(diǎn)是^[7]：
　　1）接觸表面所受壓強(qiáng)大；熱變形時(shí)有100～150MPa，冷變形可達(dá)500～2500MPa因?yàn)閴簭?qiáng)大，接觸表面要壓扁，凸牙凹坑的相互咬合很厲害，故摩擦系數(shù)較高。
　　2）表面有更新作用，因?yàn)榻饘僖a(chǎn)生塑性變形而表面不斷擴(kuò)大，致使內(nèi)表不斷涌出，新生表面一次的袒露，表面氧化膜、污染膜或潤滑膜不斷破壞，使金屬塑性成形中的摩擦情況不斷的變化。
　　3）表面的組織是變化的，例如，冷變形時(shí)，晶粒的破碎，點(diǎn)陣的歪扭，也引起表面層附近金屬組織狀態(tài)的改變。
　　4）摩擦對(duì)的性質(zhì)相差大，工具甚硬，被加工金屬相對(duì)柔軟得多，二者性質(zhì)相差懸殊，也使塑性成形時(shí)的摩擦特殊。
　　5）接觸表面溫度高，即使是冷變形，也因瞬時(shí)變形可造成溫度的急劇提高。
　　2　減少摩擦提高柔度的塑性成形新工藝
　　人們?cè)诳蒲泻蜕a(chǎn)實(shí)踐中為了很好的解決摩擦和合理的應(yīng)用摩擦，不斷的提出許多新工藝新技術(shù)，使古老的“金屬壓力加工”不斷煥發(fā)出新的面貌。
　　1）無模（無摩擦）成形技術(shù)
　　1985年哈爾濱工業(yè)大學(xué)王仲仁教授等發(fā)明的球形容器整體無模脹形新工藝，其工藝在Z終產(chǎn)品成形過程中不需要模具，更談不上摩擦和潤滑的問題，這種工藝從球體以擴(kuò)展到橢球、特大型封頭頂部、大型彎頭及環(huán)殼等的成形^[8]。無模拉伸工藝，無模電磁脹形工藝以及管材無模彎曲等等這樣的無模（無摩擦）的柔性塑性加工在人們的不懈努力和常期的探索中不斷涌現(xiàn)，為塑性成形實(shí)現(xiàn)科學(xué)化技術(shù)化增添風(fēng)采。
　　2）降低摩擦的塑性成形工藝
　　拉拔工藝中利用拉拔結(jié)合軋制技術(shù)，用孔型輥實(shí)現(xiàn)金屬變形，把傳統(tǒng)固定拉拔模大部分的滑動(dòng)摩擦變?yōu)榉浅Ｐ〉臐L動(dòng)摩擦的輥模拉伸，為難容金屬的型材和線材的塑性成形開辟了新的途徑^[9]。拉制工藝中所應(yīng)用的流體動(dòng)力潤滑和雙模流體靜力潤滑拉拔以及聲波和超聲波振動(dòng)拉拔等塑性加工工藝都是減少摩擦力提高潤滑效果的有效途徑。擠壓工藝中的靜液擠壓，也是將金屬錠坯與工具見的摩擦力降低到Z小的塑性加工方法。
　　因減少接觸面積而減少摩擦對(duì)變形的約束提高柔度的塑性加工新技術(shù)有；連續(xù)局部成形；如楔橫軋、輥鍛、旋壓、擺輾等通過降低接觸變形面積而減少摩擦力的高效塑性加工工藝；以無模多點(diǎn)成形和單點(diǎn)增量成形工藝都是，摩擦力小的柔性塑性加工藝。
　　選用合理的塑性加工工藝是解決塑性成形中摩擦與潤滑的有效方法之一，筆者在生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)此深有感觸，比如一些難熔金屬的管、棒材溫?cái)D壓產(chǎn)品表面有較深的溝槽等缺陷，然而采用胎模溫鍛其表面質(zhì)量較良好。
　　3　金屬材料表面涂層處理（下文簡稱涂層）
　　本文筆者以難熔金屬線材生產(chǎn)為例來闡述塑性成形中的金屬材料表面涂層的技術(shù)。由于難熔金屬導(dǎo)熱系數(shù)小，塑性變形時(shí)產(chǎn)生的熱量大，拉拔時(shí)及容易發(fā)生粘模，嚴(yán)重影響線材的表面質(zhì)量，而且會(huì)引起斷絲，致使拉拔工藝無法實(shí)現(xiàn)，在拉拔前大部分難熔金屬線材必須進(jìn)行涂層潤滑處理。于振濤博士等研制了鈦合金線材拉伸前的潤滑涂層，在傳統(tǒng)的氟磷酸鹽涂層液中加入有機(jī)酸HA，獲得高質(zhì)量的表面涂層實(shí)現(xiàn)了鈦合金線的多模拉拔，并對(duì)涂層進(jìn)行了厚度﹑表面形貌及成分分析，采用石墨乳＋二硫化鉬作為潤滑劑^[10]。本文筆者，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)研制出某難容金屬線材拉拔前的涂層工藝，雖然以傳統(tǒng)的氟磷酸鹽涂層液為基礎(chǔ)，但涂層工藝和潤滑劑的選用完全有別于傳統(tǒng)工藝，成品線材的表面質(zhì)量良好，得到客戶的好評(píng)。
　　筆者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)涂層提出如下評(píng)價(jià)：1）涂層應(yīng)具有良好的塑性，以實(shí)現(xiàn)與金屬線材同步塑性變形且始終覆蓋在金屬表層；2）涂層與金屬線材基體結(jié)合牢固；以防止在進(jìn)入拉線模前被刮掉；3）涂層具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)，能迅速的傳導(dǎo)塑性變形產(chǎn)生的熱量且具有抗熱性能，適應(yīng)高速拉拔；4）極易于吸附潤滑劑，特別值得一提的是涂層與所用潤滑劑必須相匹配，這是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程；5）Z好是成品無需酸洗，或極易酸洗等等。
　　4　模具表面涂層處理
　　通過對(duì)材料表面進(jìn)行改性，如表面滲N或滲S、離子注入及沉積涂層來獲得抗磨、減磨耐蝕、耐高溫等優(yōu)異力學(xué)性能的表面工程技術(shù)，近十幾年來，異軍突起得到迅速的發(fā)展；利用表面技術(shù)研制適應(yīng)承受高溫、高壓，低摩擦，低磨損的模具是解決熱塑性成形摩擦與潤滑問題的有效途徑。特別是固體自潤滑涂層的實(shí)現(xiàn)，比如將已配好的料漿（金屬微粉＋潤滑劑顆粒）噴涂于模具表面，經(jīng)低溫烘干、高溫?zé)Y(jié)成膜，這種膜綜合了金屬基材的力學(xué)性能和潤滑組元的摩擦學(xué)特性，因而有較好的的綜合性能，如Fe-青銅-MoS₂-墨粉冶型自潤滑涂層^[11]；采用化學(xué)氣相沉積所制的復(fù)合陶瓷薄膜即減摩又抗磨，已成功的應(yīng)用于擠壓模^[12]。
　　5　潤滑劑
　　筆者以難熔金屬高溫塑性成形中的潤滑劑為背景來探討；由于難熔金屬的熱塑性成形在高溫、高壓進(jìn)行，故潤滑劑的選用要求非?？量蹋?）在高溫下，潤滑劑的成分和性能要穩(wěn)定，以保證潤滑效果；2）在高壓下，潤滑膜仍能吸附于接觸表面上達(dá)到潤滑效果；3）潤滑劑要有低的閃點(diǎn)及低著火點(diǎn)；4）良好的抗金屬質(zhì)點(diǎn)粘附性能；5）潤滑劑要有潤滑和隔熱作用，盡可能低的摩擦系數(shù)；6）潤滑劑具有防止金屬材料氧化的特點(diǎn)；7）潤滑劑易于從成品上清理掉，且對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境污染小等^[13，14] 。難熔金屬的擠壓一般用玻璃潤滑劑，北京航空材料研究院王淑云等從玻璃潤滑劑的選材，玻璃潤滑劑高溫物理性能的測(cè)定，玻璃潤滑劑防護(hù)性能的測(cè)試分析，玻璃潤滑摩擦系數(shù)的測(cè)定等全面的研究了鈦合金鍛造用玻璃防護(hù)潤滑劑的研制^[15]。
　　6　結(jié)論
　　本文敘述了塑性成形中摩擦的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，闡明了塑性成形中的摩擦與潤滑不僅要從研究者關(guān)注的潤滑劑、摩擦與潤滑的
建立模型入手，而且還要從塑性成形方法的選用，金屬表面涂層，模具表面處理，潤滑劑的選用等多角度探索。對(duì)國內(nèi)近幾年研制的塑性成形新工藝中的摩擦特性進(jìn)行概述，提出選用合理的塑性成形方法是解決塑性成形摩擦與潤滑的有效措施。對(duì)塑性成形前金屬涂層性能的要求進(jìn)行了評(píng)價(jià)，Z后簡述了難熔金屬熱塑性成形對(duì)潤滑劑的要求。
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