鋁材軋制加工過程中的摩擦特點(diǎn)及其影響

孫衛(wèi)國

【摘 要】鋁材作為我國工業(yè)生產(chǎn)最基礎(chǔ)的工業(yè)材料，在多個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域都具有非常廣泛的應(yīng)用。在鋁材的加工過程中，軋制是最常見也是最主要的鋁材加工工藝。盡管其具有工藝簡單，施工條件要求較低等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的加工過程中， 鋁材軋制卻會(huì)帶來一定的摩擦，這種摩擦?xí)谝欢ǔ潭壬嫌绊懙戒X材的加工質(zhì)量，也會(huì)對(duì)軋輥造成一定的磨損，還會(huì)增大軋制機(jī)械的能耗?，F(xiàn)本文就主要分析了鋁材軋制過程中摩擦特點(diǎn)，并詳細(xì)分析了其對(duì)軋制過程、軋制壓力以及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并指出在鋁材的軋制過程中，最好合理利用一些工藝滑粉，以此來減少摩擦，提高鋁材的軋制加工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】鋁材；軋制加工；摩擦特點(diǎn)；影響

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，不但帶動(dòng)了我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的騰飛崛起，而且也促使了我國加工制造業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升。在工業(yè)制造中，鋁材是最常見的一種加工材料，而其加工工藝技術(shù)種類較多，需要根據(jù)不同的鋁制產(chǎn)品需求選擇最佳的鋁制加工工藝。而其中軋制加工工藝就是最常見的加工工藝，在鋁板、鋁帶卷、鋁箔以及其他一些型材都是需要軋制來完成鋁制產(chǎn)品的加工。并且單單就以軋制來講，鋁材的軋制還可以分為熱軋、冷軋、鑄軋以及箔軋等等。而無論是哪種形式的軋制，在實(shí)際的加工過程中都是將軋件放置在軋輥的一側(cè)，再將其拉近軋輥的輥縫中，將軋件從另一側(cè)擠出，以此來完成加工過程。由此可以看出，軋制的加工原理主要是利用摩擦原理，來實(shí)現(xiàn)鋁材的加工的。

1.鋁材軋制過程中的摩擦特點(diǎn)分析

從鋁材軋制的工藝特點(diǎn)來看，鋁材軋制主要是通過摩擦來實(shí)現(xiàn)加工過程的，即通過軋件與軋輥、工作輥與支持輥之間的相互摩擦運(yùn)動(dòng)，來最終完成軋件的加工。這種摩擦運(yùn)動(dòng)與一般的機(jī)械摩擦運(yùn)行基本相同，因此該加工摩擦應(yīng)該也適用一般的摩擦定律。但是由于鋁制軋制是利用自身所具備的工藝特點(diǎn)，使鋁材發(fā)生一定的塑性變形而完成加工的，因此其除了一般的摩擦特點(diǎn)以外，還具有以下幾點(diǎn)獨(dú)特的摩擦特點(diǎn)：

1.1軋制過程中，接觸面上的單位壓力相對(duì)較高

由于鋁材主要是利用軋輥把壓力施加在鋁材上的，因此鋁材本身需要承受的壓力非常大，且這個(gè)壓力還必須要大于其本身的屈服強(qiáng)度，只有這樣，才可能發(fā)生鋁材的塑性變形。由此可以看出，接觸面上的單位壓力是非常高的，在此情況下進(jìn)行潤滑具有一定的困難。

1.2內(nèi)外摩擦同時(shí)存在

與一般機(jī)械摩擦不同，鋁材軋制時(shí)軋件同時(shí)兼具著兩種摩擦，即比一般的機(jī)械摩擦要多出一種內(nèi)摩擦。這是因?yàn)檐埣谧冃蔚倪^程中，其內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)也在產(chǎn)生相對(duì)位移，而形成內(nèi)摩擦。

1.3摩擦力的作用方向是不斷變化的

一般來講，機(jī)械摩擦過程 中，摩擦力的作用方向都想固定不變的，即為物體運(yùn)動(dòng)的反方向。但在鋁材的軋制過程中，當(dāng)鋁材發(fā)生塑性變形時(shí)，其變形區(qū)域的后滑區(qū)就會(huì)出現(xiàn)摩擦力作用方向變化的現(xiàn)象，即其摩擦力的作用方向和軋件的運(yùn)動(dòng)方向是一致的。但前滑區(qū)則依然是相反是作用方向。要想提高軋制效率，就必須要做好合理的協(xié)調(diào)前后滑區(qū)的摩擦力，使其摩擦是作用方向始終是與軋件的運(yùn)動(dòng)方向相反。

1.4軋制時(shí)金屬表面呈現(xiàn)不斷變化的局面

在軋制的過程中，由于鋁材在不斷的發(fā)生塑性變性，其厚度在不斷減小，而表面積則在不斷增大，此時(shí)就會(huì)有很多新生的鋁材表面，這些表面有著較高的高活性，會(huì)對(duì)軋輥產(chǎn)生一種粘著力，使摩擦作用更大，對(duì)軋輥的磨損也更嚴(yán)重。

2.軋制過程中摩擦、磨損的機(jī)制

鋁材軋制過程中，軋輥?zhàn)鲌A周運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)決定了在接觸處有相對(duì)速度為零的粘著區(qū)。同時(shí)，軋件在變 軋件形區(qū)發(fā)生較大的塑性變形，軋輥與軋件之間存在著較大的相對(duì)滑動(dòng)，接觸面積增加。所以，軋制過程中摩擦副間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是既有滾動(dòng)又有滑動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，要使軋件運(yùn)動(dòng)，需克服接觸表面摩擦力，還要克服塑性變形對(duì)物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的阻礙。在軋制過程中，軋輥和軋件間微凸體因冷焊而發(fā)生粘著，同時(shí)，軋件沿著軋輥表面發(fā)生塑性流動(dòng)，充填軋輥表面凹穴而形成機(jī)械交鎖。正是由于機(jī)械交鎖與粘著的共同作用，當(dāng)軋輥與軋件表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬流動(dòng)發(fā)生在表面以下的剪切變形區(qū)內(nèi)。因此，在軋制過程中，摩擦的基本過程是表層下金屬的剪切流動(dòng)過程，摩擦應(yīng)力和摩擦因數(shù)隨剪切變形條件（變形區(qū)幾何因子）而變化。正是這種表層下金屬的塑性流動(dòng)，使得實(shí)際生產(chǎn)中有些坯料的表面劃痕等表面缺陷，即使經(jīng)過很大的變形也難以完全消除。

在軋制變形區(qū)內(nèi)，表面微凸體的粘著和層下金屬的塑性流動(dòng)，使得粘著磨損成為軋制加工的主要磨損形式。尤其是在軋制鋁及鋁合金時(shí)，因其面心立方結(jié)構(gòu)，有較多的滑移系統(tǒng)，硬度較低，與其它金屬的固溶度大，合金化能力強(qiáng)，以及其氧化膜相對(duì)基體金屬硬脆等因素使得粘著磨損較其它金屬更為突出。

降低軋制過程中摩擦磨損的最有效的措施是強(qiáng)化工藝潤滑，潤滑劑一方面能屏蔽微凸體的金屬原子間的作用力，另一方面其中的某些脂肪酸、醇等有機(jī)物對(duì)金屬表面有軟化作用 ，降低金屬塑性流動(dòng)的剪切應(yīng)力和流動(dòng)阻力，可以有效地降低摩擦，減少磨損。另外，潤滑劑還具有冷卻清洗的作用，能迅速帶走變形熱和摩擦熱，降低摩擦界面的溫度，沖洗接觸表面的磨屑，防止磨粒磨損，減少表面劃痕。

3.摩擦對(duì)金屬變形抗力的影響

金屬的軋制過程就是在軋制變形區(qū)金屬發(fā)生塑性流動(dòng)過程，軋輥和軋件相接觸的摩擦阻礙著軋件表層金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)，而且隨變形區(qū)幾何因子的不同，摩擦對(duì)金屬內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)的牽制作用不同，進(jìn)而金屬的變形抗力以及變形總力也就不同，還會(huì)導(dǎo)致變形區(qū)內(nèi)各部分金屬變形不均勻。外摩擦對(duì)金屬變形抗力及總形力有很大的影響。

4.摩擦對(duì)軋制工藝的影響

軋制過程是通過軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件拖進(jìn)輥縫之間，使其產(chǎn)生塑性變形。咬入是實(shí)現(xiàn)軋制的第一步，軋件的咬入與摩擦密切相關(guān)。在簡單軋制條件下，實(shí)現(xiàn)自然咬入條件是摩擦角大于或等于咬入角，所以，改善咬入的措施可以從兩方面人手，即減少咬入角或增大摩擦。增大摩擦的常用的方法有：①在粗軋輥上打砂或粗磨；②咬入時(shí)不加或少加潤滑劑；③低速咬入，高速軋制，因?yàn)橐话汶S著軋制速度的增加。對(duì)于軋制壓力的摩擦影響，還可采用良好的工藝潤滑，能減少摩擦與磨損，降低軋制壓力，減少能耗，節(jié)約成本，增加效益。

5.外摩擦對(duì)制品組織和質(zhì)量的影響

在軋制鋁材過程中，軋件與軋輥間的外摩擦不僅影響著軋制工藝，而且也影響著制品的組織性能和質(zhì)量。如前所述，外摩擦一方面會(huì)引起表層金屬的剪切流動(dòng)，另一方面還會(huì)造成變形體內(nèi)各部分變形不均勻。這些直接或間接導(dǎo)致軋件的組織性能不均勻 。在外摩擦較小的區(qū)域，金屬的延伸變形較大。在延伸變形較大的中心域受壓附應(yīng)力，延伸變形小的周邊區(qū)受拉附應(yīng)力。外摩擦愈大，金屬流動(dòng)愈不均勻，附應(yīng)力愈大。在拉附應(yīng)力超過金屬抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)開裂。熱軋開坯時(shí)，常由于表面潤滑不良，溫降過大，表面出現(xiàn)過大的拉附應(yīng)力，產(chǎn)生表面橫向裂紋。冷軋薄板時(shí)，由于輥面潤滑不均勻，常出現(xiàn)局部“波浪” 缺陷，這是由于潤滑好的區(qū)域延伸大，出現(xiàn)壓附應(yīng)力的結(jié)果。

6.結(jié)語

總之，在軋制過程中對(duì)摩擦的調(diào)控可提高生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而控制摩擦最有效的方式就是潤滑。因此控制工藝潤滑就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軋制過程中參數(shù)的調(diào)節(jié)，控制摩擦，降低軋制壓力，減少軋輥的磨損，改善軋材表面質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周亞軍，周立，毛大恒.鋁材軋制潤滑劑的摩擦化學(xué)研究進(jìn)展[J].潤滑與密封，2004（02）.

[2]周亞軍，周宏慧.鋁材軋制加工過程中的摩擦特點(diǎn)及其影響[J].鋁加工，2005（04）.