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摘要：在金属压力加工过程之中，摩擦和润滑无疑是其中不可忽视的工艺因素。变形金属与变形工具之间的摩擦力，绝大部分情况下，都是有害的摩擦力，仅有如轧辊咬入金属这种极少数的情况下的摩擦力，才会对金属压力加工过程产生促进作用。为此，在金属压力加工过程中，润滑剂的使用就变得十分重要。本文结合笔者实际工作经验，简要分析了金属压力加工过程中的摩擦与润滑，以期能为相关工作者提供一定参考。
关键词：金属；压力加工；摩擦；润滑
引 言
所谓金属压力加工，即是通过模具对坯料进行外力作用，使之产生塑性变形或是分离，进而获得一定形状与尺寸的工件的加工方法，在金属压力加工过程之中，如锻造、挤压、冲压、轧制等，变形的金属在塑性变形的时候相对模具定向流动，则会使摩擦与摩擦力产生于模具界面之上。此种摩擦的产生，不仅会导致变形力增大，使变形不均匀，还会给模具或是成型工具造成一定的损伤，使得模具的使用寿命较大程度地减少。为此，在金属压力加工过程之中，能否将加工过程中的摩擦和润滑问题有效解决，极大影响着工艺的成败。
1 金属压力加工特点
（1）金属经过压力加工后可以实现对显微组织的细化，使金属材料的致密性能够得到进一步提高，从而提升金属机械性能，其在具体应用期间能够承受更加苛刻、复杂的作业条件。
（2）压力加工可以使金属坯料直接被加工成指定尺寸和形状零件，这大幅度减小了后续作业量，提升了加工效率。同时，由于塑性、强度等各项机械性能的提升，能够大幅度减少零件重量，以及截面尺寸，进而减少材料应用量，提高利用率。
（3）部分零件形状十分复杂，针对这一种类型的材料，通常都无法利用机械加工手段制造，但是，针对这一类型的零件，可以采用模锻方式完成制造。
2 摩擦和润滑的机理
在实施金属压力加工中，主要划分为吸附摩擦、干摩擦以及液体摩擦等诸多方面。在金属压力加工过程中，在受到外力之后，就会在滑移的方向之上，让金属工件的晶体存在滑移的操作处理。基于宏观的角度进行分析，其实施金属塑性变形之中，就会在滑移单元协同作用下出现。所以，对于具体的塑性变形来说，其本身就是金属剪切流动变形的一个过程。因此，在实施加工中的摩擦力，也就可以有效的克服流动剪切力。
在实施金属压力加工中，需要将润滑剂直接添加到工具与工件的空隙位置上，这样就可以将接触的荷载降低，并且还可以确保其本身带有的应力能够始终处于相对较低的状态。一般来说，有一层氧化膜存在于工具的表面，同时，因为物理和化学的双重作用，就会有有机物质以及水蒸气的吸附问题出现。正是因为有了化学吸附的出现，再加上金属表面的边界润滑膜形成，就会降低接触面实际的摩擦力过大的情况。虽然润滑剂分子和金属表面能够彼此吸引，也会有定向排列分子棚的出现，并且其本身的剪切阻力也相对偏小。但是，考虑到模具与工件之间，还不能存在理想的平滑顺直的状态。因此，这样就会直接破坏其吸附层的表面，进而引发半干摩擦的情况。润滑剂与金属之间还会有分子作用力的存在，这样就需要在吸附层之上存在定向的分子排列。分子本身的定向排列会进一步的得到增强，但是在润滑剂的内部也会有表面活性分子式的存在。因此，基于非极性介质之中，就会有表面活性物质的添加，最终使得润滑的效果也进一步增强。
3 金属压力加工中摩擦的特点和影响因素
摩擦于金属压力加工中，主要分为如下几种类型：吸附摩擦、液体摩擦、干摩擦，以及另外两种混合摩擦，半液体摩擦与半干摩擦。在压力加工过程中，金属工件的晶体在外力的作用之下，沿着滑移方向于晶间的滑移面上出现滑移。宏观的金属塑性变形，在数个滑移单元一同协调作用时，就会产生。因此，实质上塑性变形，就是表层金属的剪切流动变形过程。为此，金属压力加工中摩擦力，就是克服流动剪切力。
3.1 摩擦的特点
金属压力加工中的摩擦与一般传统的摩擦相比存在如下特点：
（1）压力大，接触面面积大。金属压力加工过程中的单位压力的通常会达到500MPa。在金属压力加工期间，如果压力单位达到了某一数值，摩擦系数则会逐渐趋于稳定。在压力较小时，压力的大小与摩擦系数几乎没有关联，同时，金属材料类型决定了金属面大小，一般来说，摩擦系数会随着金属面的变大而不断变大。
（2）界面温度较高。进行金属压力加工时，随着滚动速度的不断提升，接触面表面的温度也会有所提高，但是，温度的提高并非均匀的，而且随着温度的升高，滚动速度的加快，相应的摩擦系数也将会变大。需要注意的是，当温度超过了最大值后，温度的升高与滚动速度的加快，将会导致的摩擦系数降低。
3.2 摩擦的影响因素
①工具的表面状态。工具的不同，其在金属压力加工中的表面状态，也有所差异，一般它的摩擦系数在0.05—0.50之间进行变化。因为，工具的表面在变形的过程中，会慢慢和工件表面贴合在一起，所以，唯有在状态初始时工具表面才会对摩擦形成影响。②氧化皮铁鳞。它很大程度上影响着表面摩擦状态。金属表面的氧化皮有着两层，一次氧化皮的外层较易脱落，与一次氧化皮相比较，二次氧化皮则显得较硬、较薄，无法对变形区的表面不平度进行完全填补，使工件表层机械咬合的情况较易发生，使其精度被降低，同时还损伤了磨具。为此，一定要注重清理氧化皮。③变形的速度。摩擦系数，伴随变形速度的增加，则会越来越小。④变形的温度。
变形的温度，在金属压力加工过程中，也较大程度地影响着摩擦，且影响因素复杂。伴随变形温度的渐渐升高，将会出现两种情况，两种相互矛盾的情况。一是，变形应力的降低，减小了摩擦系数。二是，金属较易形成氧化皮，进而增大了摩擦系数。
4 压力加工中使用的润滑剂
4.1 润滑剂
应具备的性能笔者认为，应做到如下几点：一是，有着良好的绝热性、冷却性以及成膜性；润滑剂中主要成分的颗粒须在2-5之内，进而具备良好的化学稳定性、可喷射性及悬浮性；三是，于高温、高压下，有着良好的脱模性与润滑性；四是，润滑剂须确保无污染、无毒。
4.2 压力加工时使用的润滑剂
（1）固体润滑剂。
固体润滑剂基本都是层状结构。在进行金属压力加工之中主要是考虑到石墨、玻璃粉、二硫化钼等材料的使用。具体来说：第一，石墨，在538℃之下，石墨拥有良好的润滑性。当温度处于500℃的时候，经过NaF-石墨-NaPO3制作成为糊状物；当温度处于871-1927℃之间，就可以选择20%的石墨与80%的金属氧化物直接制作成为润滑剂。第二，二硫化钼。二硫化钼属于鳞片状固体粉剂，其本身拥有良好的热稳定性，当温度处于525℃的时候，因为没有完全转变成为三氧化钼，所以其本身依旧带有一定的润滑作用。但是当温度超过800℃，就会出现分解；其本身的化学稳定性良好，一般的酸都不会对其产生作用。第三，玻璃粉。在高温之下出现玻璃粉软化之后，就会直接牢固的吸附在金属表面，起到润滑的作用。在450-2200℃的范围内，都可以发挥润滑的作用，其本身和模具以及胚料都不会产生化学反应，拥有良好的绝热性能。一般主要是在热拉拔、热模压的模具上使用。玻璃粉本身是基于铃酸盐作为基础，在超过400℃就会出现熔化，另外，针对氧化铝/氧化硼基玻璃，在480-610℃之间都可以起到良好的润滑作用。一旦超过1100℃，就可以选择硅酸基玻璃。
（2）液体润滑剂。
动植物油和矿物质油是液体润滑剂的基础，将其应用在金属表面能够形成一层边界膜。如果温度较高，要想使物理吸附膜能够不断朝着化学膜方向转变，应当在基础油中适当加入一定量的添加剂。但是，从实际情况来看，在温度超过800℃，压力在2000-3000MPa，速度较高的情况下，要将极压剂加入到润滑油中，例如，氯化石蜡或硫化棉籽油，形成极压膜，该膜是一种层状结构，其具有良好渗透性。通常来说，在进行冷塑性加工时，可以采用70号或90号机油。
（3）水溶性润滑剂。
水溶性润滑剂，是一种新型的润滑剂，不具污染性，有着冷却和润滑的双重功能。这一润滑剂是由水、油性剂、乳化剂以及矿物油所组成，由于其有着显著的优点，现被广泛应用于冷轧、冲压、拉拔以及锻造加工之中。当前，水溶性润滑剂，主要有着如下类型：广州机床研究所研制的溶水玻璃润滑剂、△79润滑剂；机械部北京机电研究所开发研制的机2#热锻润滑剂；山东南墅石墨矿生产的水基石墨润滑剂。
5 以金属切削加工润滑技术为例分析
在金属进行切削加工过程的时候（磨、刨、铣、钻、车等），由母体材料切开或是材料除去的时候，所依靠的功，由金属的强度，与切屑和道具之间的摩擦所决定。然后，因为在切削加工的工程中，新的金属表面不断形成，所以加工过程中，有着十分高的摩擦力。摩擦将加工所需要的很大一部分能量消耗掉，进而将大量的热释放出来，使温度升高。刀具与工件之间的摩擦，不仅会使刀具的使用寿命很大程度地降低，还会给工件的表面光洁度产生十分严重的影响。为此，一般情况下，切削加工过程之中，都会使用到切削油液，进而使之在高压、高温的情况，将极压边界润滑性能充分发挥出来，使出现较为严重积屑瘤的情况得以最大限度地避免。并且，发挥出冲洗与冷却去屑的作用，切削油液在加工过程与工序之间，还应对加工工件与加工设备起到预防生锈的作用。切削油液之中的极压剂作用，无疑是非常关键的。温度上升十分明显，是金属切削的显著特点，同时，因为在金属切削的过程中会有新的金属表面出现，因此，需要极压剂可以用充分的速度与摩擦面反应，形成极压润滑膜，进而在新产生的金属表面形成迅速地覆盖。这就需要，采用有着比较强反应活性的化合物，作为极压剂。在较为温和的加工条件之下，采用矿物油与脂肪油的混合物就可以了，而超过150摄氏度的时候，就须采用有着较强活性的硫系和氯系极压剂。将氯化石蜡与含硫化合物（如苄基多硫化物、硫化烯烃、硫化油等）进行复合使用，则能够获得较为良好的成效。
结束语
综上所述，金属压力加工期间的如果存在摩擦问题，将会对加工件质量造成直接影响。因此，为了保证金属加工作业的稳定性进行，要通过合理方式进行润滑，减小摩擦。
参考文献：
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