摘　要：本文从塑性成形工艺，金属表面涂层，模具表面处理，润滑剂的选用多角度探讨塑性成形中的摩擦与润滑问题，对塑性变形前金属涂层性能的要求进行了评价，Z后简述了模具表面涂层处理和难熔金属塑性变形对润滑剂的要求。
　　关键词：塑性成形；摩擦与润滑；涂层；表面处理
　　0　引言
　　塑性加工（挤压、拉拔、轧制、锻造、冲压等）过程中，变形金属与模具之间产生磨擦与摩擦力；摩擦力使得变形力增大，并引起变形的不均匀，从而引起金属内部组织的不均匀性；造成模具的磨损，降低寿命。摩擦理论还很不准确，人们对摩擦的本质机理认识还不够，没有一种理想的物理模型或数学模型能圆满准确地描述塑性加工中的摩擦效应^[1]。摩擦与润滑仍然是塑性成形中研究的难点和热点，王志刚教授从环境保护角度，论述了塑性加工摩擦与润滑技术的发展新动向和用塑性加工技术成形高精度表面的原理及工艺条件^[2]；郭正华等介绍了塑性成形过程摩擦测试研究方法和测试技术的研究现状与进展^[3]；张正修等论述了冲压过程中的摩擦与润滑^[4]；杨洪波等对冷挤压流体动力润滑模型的建立进行了研究^[5]；郑静风等研究了板料拉深成形润滑模式^[6]等等。
　　然而从塑性成形方法，模具表面处理，金属表面涂层及润滑剂等角度全面探讨的报道并不多见。
　　1　塑性成形中摩擦的特点
　　与一般机械摩擦相比较，塑性成形中的摩擦的主要特点是^[7]：
　　1）接触表面所受压强大；热变形时有100～150MPa，冷变形可达500～2500MPa因为压强大，接触表面要压扁，凸牙凹坑的相互咬合很厉害，故摩擦系数较高。
　　2）表面有更新作用，因为金属要产生塑性变形而表面不断扩大，致使内表不断涌出，新生表面一次的袒露，表面氧化膜、污染膜或润滑膜不断破坏，使金属塑性成形中的摩擦情况不断的变化。
　　3）表面的组织是变化的，例如，冷变形时，晶粒的破碎，点阵的歪扭，也引起表面层附近金属组织状态的改变。
　　4）摩擦对的性质相差大，工具甚硬，被加工金属相对柔软得多，二者性质相差悬殊，也使塑性成形时的摩擦特殊。
　　5）接触表面温度高，即使是冷变形，也因瞬时变形可造成温度的急剧提高。
　　2　减少摩擦提高柔度的塑性成形新工艺
　　人们在科研和生产实践中为了很好的解决摩擦和合理的应用摩擦，不断的提出许多新工艺新技术，使古老的“金属压力加工”不断焕发出新的面貌。
　　1）无模（无摩擦）成形技术
　　1985年哈尔滨工业大学王仲仁教授等发明的球形容器整体无模胀形新工艺，其工艺在Z终产品成形过程中不需要模具，更谈不上摩擦和润滑的问题，这种工艺从球体以扩展到椭球、特大型封头顶部、大型弯头及环壳等的成形^[8]。无模拉伸工艺，无模电磁胀形工艺以及管材无模弯曲等等这样的无模（无摩擦）的柔性塑性加工在人们的不懈努力和常期的探索中不断涌现，为塑性成形实现科学化技术化增添风采。
　　2）降低摩擦的塑性成形工艺
　　拉拔工艺中利用拉拔结合轧制技术，用孔型辊实现金属变形，把传统固定拉拔模大部分的滑动摩擦变为非常小的滚动摩擦的辊模拉伸，为难容金属的型材和线材的塑性成形开辟了新的途径^[9]。拉制工艺中所应用的流体动力润滑和双模流体静力润滑拉拔以及声波和超声波振动拉拔等塑性加工工艺都是减少摩擦力提高润滑效果的有效途径。挤压工艺中的静液挤压，也是将金属锭坯与工具见的摩擦力降低到Z小的塑性加工方法。
　　因减少接触面积而减少摩擦对变形的约束提高柔度的塑性加工新技术有；连续局部成形；如楔横轧、辊锻、旋压、摆辗等通过降低接触变形面积而减少摩擦力的高效塑性加工工艺；以无模多点成形和单点增量成形工艺都是，摩擦力小的柔性塑性加工艺。
　　选用合理的塑性加工工艺是解决塑性成形中摩擦与润滑的有效方法之一，笔者在生产实践对此深有感触，比如一些难熔金属的管、棒材温挤压产品表面有较深的沟槽等缺陷，然而采用胎模温锻其表面质量较良好。
　　3　金属材料表面涂层处理（下文简称涂层）
　　本文笔者以难熔金属线材生产为例来阐述塑性成形中的金属材料表面涂层的技术。由于难熔金属导热系数小，塑性变形时产生的热量大，拉拔时及容易发生粘模，严重影响线材的表面质量，而且会引起断丝，致使拉拔工艺无法实现，在拉拔前大部分难熔金属线材必须进行涂层润滑处理。于振涛博士等研制了钛合金线材拉伸前的润滑涂层，在传统的氟磷酸盐涂层液中加入有机酸HA，获得高质量的表面涂层实现了钛合金线的多模拉拔，并对涂层进行了厚度﹑表面形貌及成分分析，采用石墨乳＋二硫化钼作为润滑剂^[10]。本文笔者，经过多次实验研制出某难容金属线材拉拔前的涂层工艺，虽然以传统的氟磷酸盐涂层液为基础，但涂层工艺和润滑剂的选用完全有别于传统工艺，成品线材的表面质量良好，得到客户的好评。
　　笔者根据生产实践经验对涂层提出如下评价：1）涂层应具有良好的塑性，以实现与金属线材同步塑性变形且始终覆盖在金属表层；2）涂层与金属线材基体结合牢固；以防止在进入拉线模前被刮掉；3）涂层具有较大的导热系数，能迅速的传导塑性变形产生的热量且具有抗热性能，适应高速拉拔；4）极易于吸附润滑剂，特别值得一提的是涂层与所用润滑剂必须相匹配，这是一个非常复杂的物理化学过程；5）Z好是成品无需酸洗，或极易酸洗等等。
　　4　模具表面涂层处理
　　通过对材料表面进行改性，如表面渗N或渗S、离子注入及沉积涂层来获得抗磨、减磨耐蚀、耐高温等优异力学性能的表面工程技术，近十几年来，异军突起得到迅速的发展；利用表面技术研制适应承受高温、高压，低摩擦，低磨损的模具是解决热塑性成形摩擦与润滑问题的有效途径。特别是固体自润滑涂层的实现，比如将已配好的料浆（金属微粉＋润滑剂颗粒）喷涂于模具表面，经低温烘干、高温烧结成膜，这种膜综合了金属基材的力学性能和润滑组元的摩擦学特性，因而有较好的的综合性能，如Fe-青铜-MoS₂-墨粉冶型自润滑涂层^[11]；采用化学气相沉积所制的复合陶瓷薄膜即减摩又抗磨，已成功的应用于挤压模^[12]。
　　5　润滑剂
　　笔者以难熔金属高温塑性成形中的润滑剂为背景来探讨；由于难熔金属的热塑性成形在高温、高压进行，故润滑剂的选用要求非常苛刻：1）在高温下，润滑剂的成分和性能要稳定，以保证润滑效果；2）在高压下，润滑膜仍能吸附于接触表面上达到润滑效果；3）润滑剂要有低的闪点及低着火点；4）良好的抗金属质点粘附性能；5）润滑剂要有润滑和隔热作用，尽可能低的摩擦系数；6）润滑剂具有防止金属材料氧化的特点；7）润滑剂易于从成品上清理掉，且对人体无害，对环境污染小等^[13，14] 。难熔金属的挤压一般用玻璃润滑剂，北京航空材料研究院王淑云等从玻璃润滑剂的选材，玻璃润滑剂高温物理性能的测定，玻璃润滑剂防护性能的测试分析，玻璃润滑摩擦系数的测定等全面的研究了钛合金锻造用玻璃防护润滑剂的研制^[15]。
　　6　结论
　　本文叙述了塑性成形中摩擦的特点及研究现状，阐明了塑性成形中的摩擦与润滑不仅要从研究者关注的润滑剂、摩擦与润滑的
建立模型入手，而且还要从塑性成形方法的选用，金属表面涂层，模具表面处理，润滑剂的选用等多角度探索。对国内近几年研制的塑性成形新工艺中的摩擦特性进行概述，提出选用合理的塑性成形方法是解决塑性成形摩擦与润滑的有效措施。对塑性成形前金属涂层性能的要求进行了评价，Z后简述了难熔金属热塑性成形对润滑剂的要求。
　　参考文献：
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　　[5]杨洪波，等.非牛顿特性下冷挤压流体动力润滑模型的建立.上海交通大学学报.2002（7）：901～904
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