由粉到黑的摩擦多少次，由粉到黑的摩擦多少次能变白

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文|姚佑清

编辑|姚佑清

模具成形加工是一种少无切削的加工方法，由于它能节约金属和能源,提高生产效率和产品精度，因此，应用范围越来越广泛，但润滑在其中起了很大的作用并使模具的寿命延长。

目前国内外已研制出适用于模具成形加工的各种润滑剂,如在精冲压润滑方面，有国产的MD系列瑞士的HFF系列，日本的FB系列；挤压润滑剂方面有美国的Macco51DO、英国的Rocolas及德国的FinitoIKEP29-7；在锻造方面有国产的DD-1、DJ-1及w系列。

模具成形加工所用润滑剂今后发展的趋势是水溶性润滑剂,各种粘结润滑膜,非晶态刷镀层及微品结构镀层。如用微晶结构的CO-W,CO-MO镀层，使模具的寿命提高了10%-100%。

比压高较高，在加工时,坯料与模具表面接触压力可达200~2000MPa，一般为500MPa。单位压力小时摩擦系数与压力关系不大，当压力大到某一值时,摩擦系数趋于平稳。

界面温度高，加工时压力大，速度快，导致温度高，尤其热锻和挤压。高温使模具的硬度、刚度和疲劳强度下降,润滑条件变坏。在冷变形中,表面所产生的氧化皮比金属硬,它脱落成为磨粒,加速模具的磨损。

冷变形时摩擦系数随温度升高而增加,以后随滑动速度和温度升高而逐渐减小,例如同一种材料在锤上缴粗比压力机上缴粗的摩擦系数小20%~25%。

当坯料温度在700~1200C时测得模具温度在600℃以上。在温度超过700℃时模具产生热磨损。所以当模具温度稳定在300~400C时寿命最长。

金属在塑性变形过程中有40%~50%甚至更多的金属不断地形成新的金属面,使模具与坯料发生粘着,使润滑剂覆盖不均匀甚至不全，原有的氧化膜也遭破坏,表面粗糙度增加。

以不同变形量对不同晶格类型的不同晶粒直径作拉伸试验，测得新的金属面的最大粗度为下式。

模具的工作条件差，模具除了在高压、高速和高温工况外有时还要承受冲击和振动。当坯料处于剪切流动时,原有的润滑剂被带走和挤出,使粘着性和摩擦阻力增大。模具与坯料间的摩擦力F由下式求出:

表面处理可以增强润滑剂对基材表面的粘着强度;使基材表面粗糙化,为润滑剂提供了大量的微贮存器。

再对黑色金属用酸二氢锌或磷酸锰铁盐进行处理，发现金属表面粗糙化并有多孔的晶体结构,表面已形成一层10~15um厚的磷酸膜再加人润滑剂,就能提高模具的耐磨性。

若用低温锌盐磷化处理，比Barwell的方法操作方便稳定性好污染小若在负荷为196N速度为2.04m/s条件下进行试验，其结果是:45钢加MoS2的寿命(标准是摩擦系数突然升高)为0.82,平均摩擦系数为0.085~0121;钢磷化处理加MoS2的寿命为3.27(分/um)平均摩擦系数为0.081-0116寿命提高近4倍。

渗硫后金属表面呈黑色多孔状硫化物，加入MoS2后在摩擦过程中所形成的转移膜MoS与硫化铁的复合膜。硫化铁的存在,促进了MoS2,转移膜的成膜性能和它与对磨材料之间的粘着强度,从而提高了膜的抗磨损性能。

在MHK-500型试验机上，负荷为98N转速为200r/min条件下进行试验结果表明:在45钢经渗硫后加入MoS比未渗硫后加入MS的抗损性能,提高了4.5倍。此外,还有表面喷砂,气体渗氮,盐浴渗氮，硫氮共渗及油化、氧化、钝化、软化及干膜化等处理方法,视不同材料和目的而异。

液体润滑剂以液体动力润滑形式用于冷塑性成形加工中,对零件进行单、双面滑其润滑剂主要有猪油、N70、N90号机械油及几种润滑剂混合的悬浮液。这些润滑剂在金属表面只能形成边界膜，当温度在800℃,压力为200~3000MPa时应加入极压剂,使之形成极压膜。

固体润滑剂使用温度范围广,耐腐蚀、抗污染,能在高压高温辐射和真空等条件下工作。使用寿命长,能满足新技术、新产品在苛刻条件下润滑的需要。

石墨的结晶度越高越能保护材料不受磨损,但杂质必须控制在1%以下。石墨的熔点为3527℃，摩擦系数为0.05-0.19，随温度的变化很小,随负荷增加摩擦系数增加。在540℃时有很好的润滑性,超过540℃必须加人抗化剂。

石墨的强度与弹性系数与温度成正比,它与钢、铬有良好的粘附能力,化学稳定性好,无毒无污染与水共存是良好的润滑材料。利用石墨吸附气体的特性,可引人CO-CL2层间物质，其使用寿命比原石墨提高5倍以上。

石墨可以与MoS2聚共混制成粉剂,不必进行保膜可直接加人温度为1000℃左右的运动副中进行润滑，将粒度为4-10um的石墨与水和油制成悬浮液，用于液体动力润滑或喷涂在金属表面成膜。氟化石墨也是一种较好的润滑剂，其摩擦系数在1000℃时，只有石墨的二分之一。

MoS2是一种灰黑色粉末的各向异性的晶体，在35MPa力和40m/s运速度时，有良好的润滑性摩擦系数为0.06左右。MOS2热稳定性好，当温度高使MoS2成MoS3以前仍有润滑性。

化学稳定性好,一般酸对它不起作用。MoS2多效能胶体粉剂,可直接用于挤压、冲压冷锻中。以0.5%~5%的MoS2与各的械油混合成的油剂,用于模具及银压设备上的有M28、M38、M40和M52。

它们能抗水防湿和耐高温以50%~65%的MoS2与润滑油或硅油加化剂成的MoS2油膏，可擦涂在磷化和渗硫后的金属表面上,润滑效果很好。在低速重载工况下,可用Mo,2与基脂制成MoS2脂。

玻璃粉或水玻璃是一种适用于高温的润滑剂,加工时只须将坯料放人玻璃粉中，取出后可直接进行加工,加工后表面的残留物也容易清除。当温度在1200℃时系数低，不宜用于压延和滚压加工。磷酸盐玻璃粉用于低温(400℃，)硼酸盐玻璃粉用于中温(480~610℃)。1100℃以上用硅酸盐玻璃粉,使用时最好加人适量的石墨和MoS2。

高分子润滑材料以中热塑性材料中的结晶性高分子材料应用最多,如聚四氟乙(PIPE)和尼龙等，它们的性能较好与水酒精、油及其它固体润滑剂共存,耐酸、耐高温。纯PTFE短期内能在磨件上形成转移膜粘结性差不耐磨。

影响磨损的因素很多,其中主要有负荷、磨损率随负荷和速度加大而增加;温度在125℃时磨损率最小，随后随温度升高而增大。

当对磨面的粗糙度为Ra=0.2时磨损率最小当Ra>02时磨损率增加。为了提高PIFE的耐磨性要对PTTE进行处理并需充各填料。

PTFE经处理后表面能增大，对金属的表面粘结力增强，其磨损率减少,仅为未处理的1/200左右但摩擦系数稍有增加。如图一所示。由此可以推论,表面化学处理改性,是提高聚合物耐磨性能而又能保持润滑性的好方法。

PTFE中的填充物有无机物如MoS2，石墨、氟化石墨和青铜粉等,如在PTTE中加入30%的极性石墨后,摩擦系数由0.35上升到04~05，但是磨损率由320mg/h下降到028mg/h。大多数PTFE基复合材料的磨损率与滑动速的关系不大,但不成比例地随负荷增加而增大,如图2中的图(b)的磨损率大于图(a)。

向PTFE填充高聚合物，35%对基甲酸聚脂+60%PIFE+5%石墨的复合润滑材料，可实现无油润滑;在PTFE中加入20%的聚硫酷，其耐磨性能有明显的提高。

粘结固体润滑干膜是将润滑剂分散在有机或无机粘结剂中，采用喷,擦涂或浸涂等方法,施加在模具或坯料表面经固化后成膜。这种膜无污染,无相变,除可在高温、高负荷等条件下进行有效地润滑外，还有防振防噪音的作用。

在模具成形加工中主要是将环氧树脂,邻苯二甲酸二丁醋,MER固化剂，MoS2,石墨,成1:0.07:0.0072:6:1的MER-3干膜。

以二甲基甲酷胺为稀释剂的聚双马来酷亚胺树脂与氟化石墨成1:07的干膜；以环脂改性聚双马来酷亚胺胶作粘结剂,MoS2为润滑剂，二甲苯和间甲粉为溶剂的DM1-2干膜。

用酒精和水为分散剂，熔融粘度为552P聚硫醚树脂(PPS)为粘结剂与MS润剂成45:50的PPS-2干膜;以PPS脂为粘结剂PIFE为润滑剂,精异丁醇为分散剂成3:1:10:2的PF-1干膜。这些干膜的性能见表1。

水基润滑剂是由矿物油乳化液油化剂、固体润滑剂和水组成，是一种无毒无污染的新型润滑剂，具有润滑和冷却的双重作用,主要种类有以下三种。

水基石墨润滑剂用于热锻压加工中有MD-2和MD-12,是一种稳定的悬浮液。机2润滑剂,用于热模锻与MoS2,加机油的润滑剂相比，使模具寿命提高1倍。79润滑剂，它是一种乳化液用于温度不超过700℃的模具上。

水基玻璃润滑剂，是由P2O3（R-Li，Na，K）加入适量的B2O3后与水制成的水溶液，在2000℃时仍有润滑和绝热作用，在700℃上使用,润滑性和脱模性更好,模具寿命可延长2倍长期使用时必须与氟化硅酸镁按70:30~50:50混合使用，才不产生沉积物。

水基高分子复合润滑剂,它是把磷酸盐加入纤维素衍生物的水溶液中,在搅拌下加人固体润滑剂,防锈剂,混合均的润滑剂,可直接使用在模具和坯料上，它的粘着力、减摩和耐磨性能,不亚于磷-皂化膜但成本低。

模具成形加工的特点是比压高、接触面积大，界面温度高,有时会有冲击和振动，由此决定了对润滑剂的特殊要求。并且加工中的摩擦、磨损与润滑是决定工艺成败的关键，其中的关键是润滑,润滑的主要问题是润滑剂。润滑剂应满足摩擦系数小，对金属表面附着力强，热稳定性好，对模具和坯料无腐蚀作用,对人无害，对环境无污染。

为了提高润滑剂的效能，应对模具和坯料进行针对性的预处理，然后加人合适的润滑剂,水基润滑剂和各种粘结型润滑膜是目前模具成形加工中所推荐的润滑剂和润滑方法。

以PTTE基合滑料研表明,其耐磨性比纯PTFE高了3个数量级而且填充任何一种填料都是有效的，即使填充料变化范围较宽大，其耐磨性能也不会受到多大的影响。

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