材料成形摩擦与润滑剖析.docx
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材料成形摩擦与润滑剖析
实验名称：
四球摩擦磨损试验
一、实验目的：
利用四球摩擦磨损试验机测试铜轧制油的摩擦系数。
二、实验材料：
四球摩擦磨损试验机一台、数据采集卡和计算机、传感器、变频器、放大器、四个完全一样的钢球、清洗剂、卫生纸、扳手、铝轧制油。
三、实验原理：
由图一可见，四球机的四个钢球形成一个等边四面体，上面一个球对下面三个球，在三个接触点的作用力可由等边四面体来分析。
B、C、D作用在上面A球上的三个压力相同，即N1=N2=N3。
假设A球受到的垂直方向上的合力为F，则在高速旋转时与下边三个球的摩擦力相同，F1=F2=F3=uN1。
所以只要测出自动拉力记录仪上的读数F1和载荷F就可以求得摩擦系数μ。
在此实验中，不同时刻的u由计算机程序自动计算得出。
四、实验步骤：
1.打开程序，设置零点。
2.用实验中用到的清洗剂清洗钢球、油盒和上夹头、夹具。
3.在试验机主轴上夹头中安装一洗净的试验钢球，并用夹具夹紧。
4.在油盒中安装三个洁净的试验钢球，并用夹具夹紧。
5.把试验中所用到的试验油倒入油盒中，使润滑油充满油盒中的空隙，并使润滑油浸没过油盒中三个试验钢球顶部。
6.按照所需要的转速调变频器的相应频率及相应的参数。
7.设置电脑上程序的相应初值。
8.开始试验，注意观察电脑显示屏上的摩擦系数的曲线变化，并记录数据。
五、数据处理：
图二
图三
图四
图五
图六
图七
图二、图三、图四分别为2#、3#、4#油样所做实验数据图，图五、图六、图七分别为2#、3#、4#油样实验后钢球磨斑，由此可以得到摩擦系数、油膜强度和磨斑直径，数据见表一所示。
表一
油样
油膜强度PB（N）
磨斑直径WSD（mm）
摩擦系数μ
2#
255
0.0871
3#
530
0.306
0.0927
4#
637
0.309
0.1000
六、实验结论与分析：
1.由实验测出的铝轧制油的平均摩擦系数为0.0933。
2.实验开始时摩擦系数波动较大，原因如下：
（1）试验机开始运转还未达到稳定状态。
（2）钢球开始运转是逐渐加速的，所以在速度稳定以前，摩擦系数变化较大。
（3）一开始钢球之间没有完全啮合，这种不稳定的摩擦系数变化大。
（4）油盒中的润滑油在钢球的表面分布不均匀，钢球接触面之间的润滑油的量变化较大。
从两分钟后四球机的运转达到稳定状态，钢球完全啮合，接触点间的润滑油的量基本不再变化，逐渐趋于稳定，因此摩擦系数基本趋于稳定，不再大范围的变化。
由此测出每一时刻的铜轧制油的摩擦系数。
3.实验误差：
误差主要来自于实验仪器的系统误差，同时，在测量磨斑直径时，会有测量误差。
实验名称：
不同轧制条件对轧铝工艺的影响
一、实验目的：
研究不同的润滑条件对轧制厚度、轧制压力和扭矩的影响。
二、实验器材：
铝板（三块）、二辊实验轧机、千分尺、电子显微镜、两种不同的润滑油2#油、3#油、传感器、计算机。
三、实验原理：
采用不同摩擦条件计算变形区轧制单位压力和摩擦力的结果比较见图一，很明显，采用的摩擦条件不同，计算的摩擦力与轧制压力差别较大。
同样，在摩擦条件相同的条件下，摩擦系数对轧制压力的图一
影响也是很明显的。
图二为采用滑动摩擦条件，摩擦系数对轧制压力的影响。
按卡尔曼方程计算的轧制压力在中性点处出现一个峰值，被称为摩擦峰，摩擦峰的大小与形状处理与计算选用的摩擦模型有关外，还与摩擦系数密切相关，特别是当摩擦系数较高时，轧制压力成倍增加。
图二
本实验中在干轧、2#油、3#油的条件下对铝板进行轧制，三中条件下摩擦系数不同，则通过实验可以知道摩擦系数对轧制压力、轧制力矩的影响情况。
四、实验步骤：
1.测量铝板的轧前厚度，将数据记录在电脑上，设置道次为6。
2.打开轧机，根据测量的铝板厚度调整轧辊之间的间距，设定第一次轧下量为原始厚度的30%，二三四次的轧下量为原始厚度的20%，第五次的轧下量为原始厚度的10%，第六次的轧下量为原始厚度的0%。
3.将铝板送入轧机入口进行轧制，测量轧制后的厚度，记录数据，将第一道次的轧后厚度作为第二道次的轧前厚度，在电脑上输入相应的数据，调整轧辊进行第二道次的轧制。
依次进行后面几道次的轧制。
4.将其他的两块铝板用2#油、3#油润滑后按照上述步骤进行轧制。
5.轧制结束后清理轧辊，关闭轧机。
6.将轧制后的铝板放在显微镜下观察其表面状况。
注意：
每次换油前要清洗轧辊，避免残留物影响实验结果
五、数据处理：
1.干轧铝表面状况图（图三）及数据（表一）：
图三
道次
厚度H（mm）
厚度h（mm）
压力1（kn）
压力2（kn）
扭矩（kn-m）
速度（rpm）
电压（V）
电流（A）
功率（KW）
时间（s）
1
1.331
1.135
15.82
18.81
0.17
10.64
0
0
0.75
1.55
2
1.135
0.855
23.71
23.56
0.2
10.53
0
0
0.91
2.06
3
0.855
0.577
29.87
36.91
0.26
10.88
0
0
1.29
2.59
4
0.577
0.37
44.4
53.96
0.36
10.32
0
0
1.56
4.14
5
0.37
0.27
37.81
44.68
0.23
10.52
0
0
1.23
2.24
6
0.27
0.22
27.4
34.04
0.21
10.47
0
0
0.96
2.75
表一
2.用2#油轧铝表面状况图（图四）及数据（表二）
图四
道次
厚度H（mm）
厚度h（mm）
压力1（kn）
压力2（kn）
扭矩（kn-m）
速度（rpm）
电压（V）
电流（A）
功率（KW）
时间（s）
1
1.291
1.105
14.7
18.91
0.17
10.08
0
0
0.83
1.55
2
1.105
0.849
22.75
28.11
0.18
10.13
0
0
0.97
2.06
3
0.849
0.578
30.72
37.58
0.3
10.85
0
0
1.17
2.75
4
0.578
0.346
44.8
54.9
0.35
10.72
0
0
1.51
2.06
5
0.346
0.229
37.72
36.63
0.24
10.57
0
0
1.4
3.09
6
0.229
0.181
23.57
29.44
0.1
10.74
0
0
0.93
1.89
表二
3.用2#油轧铝表面状况图（图五）及数据（表三）
图五
道次
厚度H（mm）
厚度h（mm）
压力1（kn）
压力2（kn）
扭矩（kn-m）
速度（rpm）
电压（V）
电流（A）
功率（KW）
时间（s）
1
1.28
1.128
11.62
15.7
0.12
9.97
0
0
0.82
1.55
2
1.128
0.772
18.99
24.76
0.18
10.28
0
0
0.96
1.89
3
0.772
0.602
30.9
30.72
0.23
10.51
0
0
1.21
2.58
4
0.602
0.372
42.09
48.07
0.36
10.48
0
0
1.45
2.41
5
0.372
0.233
34.68
34.09
0.28
10.57
0
0
1.31
3.27
6
0.233
0.182
23.4
23.82
0.11
10.9
0
0
1.02
1.55
表三
图六
图七
图八
图六、图七、图八分别为轧后厚度、轧制压力、扭矩与轧制道次变化曲线。
六、实验结果与讨论：
1.由轧后铝表面状况图可以看出，加润滑油之后的划痕较细，改进了成形制品质量，减少金属损失。
2.二三四道次压下量相同，相对压下量呈递增趋势，轧制压力与扭矩增大，说明轧制压力、扭矩和相对压下量呈正比例关系。
3.实验误差：
（1）来自实验仪器的系统误差。
（2）测量轧前厚度与轧后厚度时，读数有一定的误差。
（3）轧辊还没有稳定运转即进行轧制，导致轧制压力不稳定或有误差。
（4）润滑油未均匀铺展，会对实验结果有一定影响。
（5）外界环境比如温度对实验结果的影响。
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