鋁材軋制加工過程中的摩擦特點及其影響

孫衛國

【摘 要】鋁材作為我國工業生產最基礎的工業材料，在多個產品生產領域都具有非常廣泛的應用。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點，但是在實際的加工過程中， 鋁材軋制卻會帶來一定的摩擦，這種摩擦會在一定程度上影響到鋁材的加工質量，也會對軋輥造成一定的磨損，還會增大軋制機械的能耗?，F本文就主要分析了鋁材軋制過程中摩擦特點，并詳細分析了其對軋制過程、軋制壓力以及產品質量的影響，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量。

【關鍵詞】鋁材；軋制加工；摩擦特點；影響

隨著我國工業的快速發展，不但帶動了我國國民經濟建設的騰飛崛起，而且也促使了我國加工制造業生產水平的不斷提升。在工業制造中，鋁材是最常見的一種加工材料，而其加工工藝技術種類較多，需要根據不同的鋁制產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，在實際的加工過程中都是將軋件放置在軋輥的一側，再將其拉近軋輥的輥縫中，將軋件從另一側擠出，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，來實現鋁材的加工的。

1.鋁材軋制過程中的摩擦特點分析

從鋁材軋制的工藝特點來看，鋁材軋制主要是通過摩擦來實現加工過程的，即通過軋件與軋輥、工作輥與支持輥之間的相互摩擦運動，來最終完成軋件的加工。這種摩擦運動與一般的機械摩擦運行基本相同，因此該加工摩擦應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，使鋁材發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以外，還具有以下幾點獨特的摩擦特點：

1.1軋制過程中，接觸面上的單位壓力相對較高

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，且這個壓力還必須要大于其本身的屈服強度，只有這樣，才可能發生鋁材的塑性變形。由此可以看出，接觸面上的單位壓力是非常高的，在此情況下進行潤滑具有一定的困難。

1.2內外摩擦同時存在

與一般機械摩擦不同，鋁材軋制時軋件同時兼具著兩種摩擦，即比一般的機械摩擦要多出一種內摩擦。這是因為軋件在變形的過程中，其內部的質點也在產生相對位移，而形成內摩擦。

1.3摩擦力的作用方向是不斷變化的

一般來講，機械摩擦過程 中，摩擦力的作用方向都想固定不變的，即為物體運動的反方向。但在鋁材的軋制過程中，當鋁材發生塑性變形時，其變形區域的后滑區就會出現摩擦力作用方向變化的現象，即其摩擦力的作用方向和軋件的運動方向是一致的。但前滑區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調前后滑區的摩擦力，使其摩擦是作用方向始終是與軋件的運動方向相反。

1.4軋制時金屬表面呈現不斷變化的局面

在軋制的過程中，由于鋁材在不斷的發生塑性變性，其厚度在不斷減小，而表面積則在不斷增大，此時就會有很多新生的鋁材表面，這些表面有著較高的高活性，會對軋輥產生一種粘著力，使摩擦作用更大，對軋輥的磨損也更嚴重。

2.軋制過程中摩擦、磨損的機制

鋁材軋制過程中，軋輥作圓周運動，這種運動的特點決定了在接觸處有相對速度為零的粘著區。同時，軋件在變 軋件形區發生較大的塑性變形，軋輥與軋件之間存在著較大的相對滑動，接觸面積增加。所以，軋制過程中摩擦副間的相對運動是既有滾動又有滑動的復合運動，要使軋件運動，需克服接觸表面摩擦力，還要克服塑性變形對物體運動所產生的阻礙。在軋制過程中，軋輥和軋件間微凸體因冷焊而發生粘著，同時，軋件沿著軋輥表面發生塑性流動，充填軋輥表面凹穴而形成機械交鎖。正是由于機械交鎖與粘著的共同作用，當軋輥與軋件表面發生相對運動時，金屬流動發生在表面以下的剪切變形區內。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過程，摩擦應力和摩擦因數隨剪切變形條件（變形區幾何因子）而變化。正是這種表層下金屬的塑性流動，使得實際生產中有些坯料的表面劃痕等表面缺陷，即使經過很大的變形也難以完全消除。

在軋制變形區內，表面微凸體的粘著和層下金屬的塑性流動，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，因其面心立方結構，有較多的滑移系統，硬度較低，與其它金屬的固溶度大，合金化能力強，以及其氧化膜相對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、醇等有機物對金屬表面有軟化作用 ，降低金屬塑性流動的剪切應力和流動阻力，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.摩擦對金屬變形抗力的影響

金屬的軋制過程就是在軋制變形區金屬發生塑性流動過程，軋輥和軋件相接觸的摩擦阻礙著軋件表層金屬質點的流動，而且隨變形區幾何因子的不同，摩擦對金屬內部質點流動的牽制作用不同，進而金屬的變形抗力以及變形總力也就不同，還會導致變形區內各部分金屬變形不均勻。外摩擦對金屬變形抗力及總形力有很大的影響。

4.摩擦對軋制工藝的影響

軋制過程是通過軋輥與軋件之間的摩擦力將軋件拖進輥縫之間，使其產生塑性變形。咬入是實現軋制的第一步，軋件的咬入與摩擦密切相關。在簡單軋制條件下，實現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咬入時不加或少加潤滑劑；③低速咬入，高速軋制，因為一般隨著軋制速度的增加。對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，節約成本，增加效益。

5.外摩擦對制品組織和質量的影響

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量。如前所述，外摩擦一方面會引起表層金屬的剪切流動，另一方面還會造成變形體內各部分變形不均勻。這些直接或間接導致軋件的組織性能不均勻 。在外摩擦較小的區域，金屬的延伸變形較大。在延伸變形較大的中心域受壓附應力，延伸變形小的周邊區受拉附應力。外摩擦愈大，金屬流動愈不均勻，附應力愈大。在拉附應力超過金屬抗拉強度時，就會出現開裂。熱軋開坯時，常由于表面潤滑不良，溫降過大，表面出現過大的拉附應力，產生表面橫向裂紋。冷軋薄板時，由于輥面潤滑不均勻，常出現局部“波浪” 缺陷，這是由于潤滑好的區域延伸大，出現壓附應力的結果。

6.結語

總之，在軋制過程中對摩擦的調控可提高生產的效率和產品質量，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現對軋制過程中參數的調節，控制摩擦，降低軋制壓力，減少軋輥的磨損，改善軋材表面質量。

【參考文獻】

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