金屬塑性加工的潤滑

2012-08-02   來源：潤滑油情報網(wǎng)

金屬塑性（成型）加工是指利用模具使金屬在應(yīng)力下塑性變形，如軋、 拉拔、沖壓、擠壓等。通常把金屬變形用的潤滑劑稱為金屬加工工藝用液體。              

金屬成型過程分為初級成型和二次成型過程的，在成型加工中從熔融金屬到成品零件的完成一般的加工工序是：鑄模成型、熱軋、熱壓、冷軋、拉拔或冷壓。熱加工過程通常用于初級加工或大變形加工過程。這部分過程通常包括：鍛造、軋制、擠壓、拉桿、拉絲、制造無縫管。二次成型過程主要指薄板成型過程（含沖壓），涉及一系列的零件形狀，該過程可以按許多方式分類，在此不做詳細說明。

金屬塑性加工工藝用潤滑劑的分類

ISO于1986年通過IS06743/7，按油基、水基將加工液分為 MH和MA兩大類，又根據(jù)每類的化學組成、應(yīng)用各分為8類和9類，共17類，該標準將目前眾多的金屬加工液的品種均可包含進去，我國已等效采用了該標準，制定了GB7631.5。以下的分類是根據(jù)溶液介質(zhì)狀態(tài)進行分類。

純油型

包括礦物油、動植物油及其混合物，通常加入含硫、磷、氯的極壓抗磨添加劑，具有良好的潤滑性，用在負荷大的工序，但冷卻性能較差。從環(huán)保的角度，現(xiàn)在惰性極壓添加劑（PEP）有取代含磷硫添加劑的趨勢。

可溶性油

含80%以上的油，加入乳化劑、添加劑和水，形成不透明的乳化液，膠體顆粒大于1微米，既具有純油性潤滑劑的良好潤滑性，也具有水溶液的良好的冷卻性，而且能減少著火的危險，使用時需稀釋，比例大約是20：1，缺點是容易被細菌污染變質(zhì)。同時可用于有色金屬的加工，PH值保持在8-9之間。

半合成液

基本上是水溶液，含有少量的油（10-30%），乳化顆粒很少（0.05-1.0微米），半合成液化的冷卻性能比可溶性油好但潤滑性則不如可溶性油。外觀與乳化顆粒大小有關(guān)，使用時需要稀釋。

合成液

不含油的透明水溶液，添加劑加入量可達50%，使用時需要稀釋成2-10%水溶液。具有極好的冷卻和清潔作用，滑性因添加劑不同有很大區(qū)別。缺點是廢液不容易處理。

金屬塑型潤滑劑的作用及性能

金屬成型潤滑劑的作用

l         減少摩擦，對被加工金屬和模具起到潤滑、冷卻的作用，從而減少動力消耗；

l         減少模具磨損，延長工模具的使用壽命；

l         改善加工金屬表面的質(zhì)量及精度，提高光潔度；

l         控制溫度、控制加工工件在加工過程中的熱損失所造成的溫度梯度以減少加工變形，并起散熱和隔熱的作用，一防止工件急冷和模具的熱沖擊；

l         保護加工金屬表面不受氧化或繡蝕。

金屬成型加工潤滑劑的性能特點

金屬潤滑劑的性能特點因不同的成型操作方式而異，以下按金屬成型加工工序：鍛造、軋制、擠壓、拉拔和薄板成型五個工序來作出說明：

1）鍛造潤滑劑

鍛造的定義：在開式模中壓縮或鐓粗以及在閉式模中使粗胚成型的過程。作為鍛造潤滑劑應(yīng)具備以下特性：

A：均勻的濕潤表面以防局部無潤滑；

B：不能有殘渣的存在，會影響表面質(zhì)量和加工精度；

C：不能腐蝕模具，同時給模具提供保護涂層；

D：具有一定的冷卻作用；

E：適合用于自動給料，最好適合用于噴涂方式；

F：不污染環(huán)境，不形成對身體有害的物質(zhì)；

G：存儲安定性好；

H：濃縮型潤滑劑可稀釋成滿足不同潤滑要求的鍛造工藝。

鍛造過程中的潤滑劑的使用方法主要是噴涂或用刷子刷涂，固體層狀潤滑劑（C或MOS2）也可以和聚合物一起用于模具表面。自動噴涂設(shè)備的發(fā)展能均勻有效的應(yīng)用潤滑劑。以下按鍛造的方式分別簡述潤滑劑的使用：

冷鍛：一般用復合潤滑劑，如果金屬變形小，如鐓或壓的的情況下，則用高粘度流體，如沖擊速度高，則采用底粘度潤滑劑。典型的使用：磷酸鹽涂層適用與碳鋼或低合金鋼，草算鹽涂層適用于不繡鋼。

溫鍛：受溫度的限制，大多數(shù)有機類潤滑劑不能使用，而必須以固體潤滑劑或無機鹽。

熱鍛：溫度400-1650度，潤滑劑通常是油基或水再添加固體潤滑劑。對于鎳合金、高熔點合金和鈦，由于溫度高需要用玻璃涂層，潤滑的同時起到防止氧化。對于活性金屬或粉末金屬的鍛造則要用包覆工藝。

旋鍛：冷鍛的一種，利用潤滑劑膜可以延長模具的使用壽命和增加表面光潔度。

2）軋制

軋制分為冷軋和熱軋，以再結(jié)晶溫度為區(qū)分點。軋制中的潤滑劑的主要功能是減少摩擦和軋輥的磨損�？刂茰囟仁菨櫥瑒┑牧硪粋�功能。

冷軋：冷軋一般用于生產(chǎn)帶材，其軋速較高，在軋輥與軋件之間形成、保持一定厚度的潤滑劑膜是進行有效潤滑的必要條件，楔形油層靠軋輥轉(zhuǎn)動而形成油膜，通常為混合潤滑狀態(tài)，該狀態(tài)是不穩(wěn)定的隨軋制過程工藝參數(shù)的變化而變化。主要因素是軋輥直徑、軋制速度、軋輥粗糙度及道次壓下量。

潤滑劑的選擇不僅取決與設(shè)備和產(chǎn)品的質(zhì)量要求，還取決于對潤滑作用或冷卻作用所需控制的方式。但對潤滑劑的最基本的要求能顯著減低摩擦，保證軋件的表面光潔度同時具有較強的冷卻作用�，F(xiàn)在水基型潤滑劑有取代油型的趨勢。

板材熱軋：熱軋的溫度與鍛造的溫度相近，熱軋潤滑時一般屬邊界潤滑狀態(tài)，鋼材可以干軋。熱軋鋁材不能干軋，因為干軋時軋輥會粘上鋁及其氧化物，使軋制作業(yè)不能正常進行。鋼材熱軋時溫度在800-1250之間，變形區(qū)的輥面溫度高達450-550，必須不斷的用大量的水冷卻軋輥，所以潤滑劑必須具有以下特性：

A：對輥面有良好的附著力，不易被水沖洗；

B：高溫下有良好的熱穩(wěn)定性；

C：對環(huán)境無污染。

型材的軋制：型材的復雜面使軋輥與軋件接觸面之間產(chǎn)生高速相對運動，雖然潤滑劑的使用和板材的軋制類似，但由于操作條件更加苛刻，因此在供給系統(tǒng)上要采取一些特殊的措施。管材熱軋用石墨懸浮液、鹽溶液或其他用于熱軋的潤滑劑，冷彎型材和管材冷軋時，使用冷軋潤滑劑，但冷彎型材要特別注意潤滑劑的防銹功能。

3）擠壓

擠壓的定義；是金屬材料的截面作顯著的改變，并迫使其沿正向或反向通過一定形狀和尺寸�？椎墓に囘^程。擠壓工藝特別適合用于加工高精度和復雜截面的型材，如：齒輪、精密管材和型材、鉆頭等。只需要做少量加工或不需再加工。

采用擠壓潤滑劑可減少摩擦應(yīng)力，使金屬更加均勻的流動，可增加模具的使用壽命和降低溫升。用于鍛造潤滑的眾多潤滑劑也適用于擠壓，由于工件材料有高的強度，因此模具中的應(yīng)力很高，所以冷擠壓對潤滑較高，常用潤滑劑有石墨或草算類涂層，隨后用皂、蠟或聚合物做潤滑劑。

熱擠壓溫度高達2200度，石墨的潤滑效果很難滿足要求，一般采用玻璃作潤滑劑，玻璃的熔點必須與熱擠壓溫度相適應(yīng)。

4）拉拔

拉拔的定義：將圓柱形毛胚拉過錐形�？锥�使其截面縮減和長度增加的過程。通常是冷加工過程。拉絲是一個連續(xù)和穩(wěn)定的過程，拉管才和桿材是間歇作業(yè)。

潤滑劑可降低拉拔應(yīng)力和能耗，減少模具拉裂和保持較低溫度。由于拉制產(chǎn)品的表面的光潔度是一項很重要的指標，為保持潤滑膜的厚度，選擇合適的潤滑油的粘度是非常關(guān)鍵。拉拔作業(yè)有兩種基本的潤滑方法：干式和濕式：

干式拉伸：固體或半固體潤滑劑加在石灰涂層或轉(zhuǎn)化涂層上，再涂覆到進入模具的材料表面；

濕式拉伸：整個系統(tǒng)浸在潤滑劑中，潤滑很充分，一般用乳化液，有良好的冷卻效果。

管材拉拔：拉管的過程中，潤滑是極關(guān)鍵的因素。固定頂頭拉伸時，通常不希望有摩擦力；游動頂頭拉伸時希望有適當?shù)哪Σ亮σ詼p少軸向拉應(yīng)力作用下拉斷的傾向。

線材拉拔：由于金屬絲與模具間的快速相對運動，潤滑劑通過降低應(yīng)力減少金屬絲的粘著，塞滯和斷裂的傾向，同時提高模具的壽命，降低設(shè)備功率的消耗。潤滑劑一般含有極壓添加劑的乳化液，以及固體潤滑劑：石墨，MOS2、滑石等。

彎管：在用彎管時，管的內(nèi)外表面需要不同的潤滑劑，頂頭與內(nèi)表面之間一般用粘稠的礦物油或膏壯物作為潤滑劑；管的外表面與模具之間需要用低粘度潤滑劑。在潤滑劑的選擇時要考慮減少清洗的困難。

5）薄板成型

薄板成型有名冷沖壓，是將各種不同規(guī)格的金屬板料或胚料，在室溫下對其施加壓力使之變形或分離而獲得所需各種形狀零件的一種加工工藝。

冷沖壓對表面粗糙度有很高的要求，所以有效的、連續(xù)的和均勻的潤滑作用對得到良好的外形尺寸和表面光潔度很重要，潤滑劑的應(yīng)用方法是輥式涂抹、刷滴流或噴涂。。