➢ 不同种类的金属及不同化学成分的同一类金属， 摩擦系数不同
➢ 粘附性较强的金属通常具有较大的摩擦系数，如 Pb、Al、Zn
➢ 一般情况下，材料的硬度、强度越高，摩擦系数 就越小。
§4.4.1 金属的种类和化学成分
➢ 一般说，随着合金 元素的增加，摩擦 系数下降。
➢ 对于黑色金属，随 着碳的质量分数的 增加，摩擦系数有 所下降。
流体摩擦的特点
➢ 两表面在相互运动中不产生直接接触，摩擦 发生在流体内部分之间
➢ 不同于干摩擦，摩擦力的大小与接触面状态 无关，而取决于润滑剂的性质（如粘度）、 速度梯度等因素
➢ 摩擦系数很小
3．边界摩擦
坯料与工具之间被一层厚度约为0.1μm的极薄 润滑油膜分开时的摩擦状态，介于干摩擦与流 体摩擦之间。
4.3.2 塑性加工时接触表面摩擦力的计算
1．库仑摩擦条件 不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认
为摩擦符合库仑定律。 （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例， 与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
F N或 N
说明
➢ 由于摩擦系数为常数(由实验确定)，故又称 常摩擦系数定律
k
2T
——塑性变形的流动应力，即屈服力 T
——反映中间主应力影响的系数
说明
按Mises屈服条件， 0.5 ~ 0.577 ， T
在轴对称情况下， 0.5 ；在平面 T
应变条件下， 0.577 。 T
按Tresca屈服条件， 0.5 。 T
热变形时常采用最大摩擦力条件。
3．摩擦力不变条件
➢ 摩擦切应力不能随 的增大而无限增大。 N 当 k 时，接触面将要产生塑性流动 max
➢ 适用于三向压应力不太显著、变形量小的冷 成形工序，如拉拔及其他润滑效果较好的加 工过程。
2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状
态时，摩擦切应力（ ）等于变形金属流动时的
临界切应力k，即：
§4.1 概述
金属塑性成形中的材料表面形貌
金属塑性成形中的摩擦分类
（1）按产生摩擦的部位 (外)摩擦：发生在金属和工具相接触面间，
阻碍金属自由流动的摩擦。 内摩擦：变形金属内晶界面上或晶内滑移
面上产生的摩擦。
（2）按摩擦的运动状态——静摩擦和动摩擦 （3）按摩擦的运动形式——滚动摩擦和滑动摩擦 （4）按摩擦副的材质——各种金属材料态
➢ 工具材料：铸铁、钢、淬火钢、合金钢、硬质合 金、金属陶瓷
➢ 工具表面越光滑，即表面凹凸不平程度越轻，这 时机械咬合效应就越弱，因而摩擦系数越小。
➢ 若接触表面非常光滑，分子吸附作用增强，反而 会引起摩擦系数增加，但这种情况在塑性成形中 并不常见。
➢ 工具表面粗糙度在各个方向不同时，各方向的摩 擦系数亦不相同。
机械咬合，此时摩擦力表现为这些凸峰被 剪切时的变形阻力。
2.分子吸附说
➢ 摩擦产生的原因是由于接触面上分子之间的 相互吸引的结果。
➢ 物体表面越光滑，实际接触面积就越大，接 触面间的距离也就越小，分子吸引力就越强， 因此，滑动摩擦力也就越大。
3.粘着理论
➢ 当两个表面接触时，接触面上某些接触点 处压力很大，以致发生粘着或焊合，当两 表面产生相对运动时，粘着点即被切断而 产生滑移，摩擦过程就是粘着、切断与滑 移交替进行的过程，摩擦力是切断金属粘 着所需要的切断力。
§4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理
外摩擦的分类 ➢ 干摩擦 ➢ 流体摩擦 ➢ 边界摩擦
摩擦机理 ➢ 分子吸附说 ➢ 表面凸凹学说 ➢ 粘着理论
4.3.1 外摩擦的分类及机理
1．干摩擦
不存在任何外来介质时金属与工具的接触表面 之间的摩擦
2．流体摩擦
金属与工具表面之间的润滑层较厚，两摩擦 副在相互运动中不直接接触，完全由润滑油 膜隔开，摩擦发生在流体内部分子之间 。
➢ 库仑摩擦条件用得比较普遍，因而讨论 影响其摩擦系数的主要因素。
➢ 摩擦系数通常是指接触面上的平均摩擦 系数。
➢ 摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面 状态、单位压力及所采用润滑剂的种类 与性能等而不同。
§4.4.1 金属的种类和化学成分
➢ 金属表面的硬度、强度、吸附性、原子扩散能力、 导热性、氧化速度、氧化膜的性质以及与工具金 属分子之间相互结合力都与化学成分有关
4．混合摩擦
在摩擦表面上同时存在着流体摩擦、边界摩擦 和干摩擦的混合状态下的摩擦。
➢ 半干摩擦：干摩擦+边界摩擦 ➢ 半流体摩擦：边界摩擦+流体摩擦
摩擦机理
➢ 表面凸凹学说 ➢ 分子吸附说 ➢ 粘着理论
1.表面凸凹学说
➢ 摩擦是由于接触面上的凹凸形状引起的。 ➢ 当凹凸不平的两个表面相互接触时，产生
金属材料之间以及各种金属材料与非金属材料、 金属材料与弹性材料之间的摩擦等。
§4.2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
§4.2.1 塑性成形时摩擦的特点
➢ 高压下的摩擦 ➢ 较高温度下的摩擦 ➢ 伴随着塑性变形的摩擦 ➢ 摩擦副（金属与工具）的性质相差大
§4.2.2 外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面
§4.4.3 接触面上的单位压力
➢ 单位压力较小时， 摩擦系数与正压力 无关，保持不变；
➢ 单位压力增大到一 定值后，摩擦系数 随其增大而上升， 最终趋于稳定。
§4.4.4 变形温度
➢ 变形温度较低时，摩 擦系数随变形温度升 高而增大，到某一温 度，达最大值，此后， 随变形温度继续升高 而降低。
➢ 改变物体应力状态，使变 形力和能耗增加
➢ 引起工件变形与应力分布 不均匀
➢ 恶化工件表面质量，加速 模具磨损，降低工具寿命
开式模锻时的飞边 摩擦的利用
增大摩擦，改善 轧制过程咬入条件
摩擦应力促进金属的变形发展
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
Conform连续挤压法
认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。
其单位摩擦力 是常数，即常摩擦力定律，其表
达式为：
mk
m——摩擦因子（0-1.0） 即相对于流动应力的摩擦系数
说明
➢ 适用于摩擦系数低于最大值的三向压应力显 著的塑性成形过程，如挤压、变形量大的镦 粗、模锻以及润滑较困难的热轧等变形。
§4.4 摩擦系数及其影响因素