铝材轧制加工过程中的摩擦特点及其影响

孙卫国

【摘 要】铝材作为我国工业生产最基础的工业材料，在多个产品生产领域都具有非常广泛的应用。在铝材的加工过程中，轧制是最常见也是最主要的铝材加工工艺。尽管其具有工艺简单，施工条件要求较低等优点，但是在实际的加工过程中， 铝材轧制却会带来一定的摩擦，这种摩擦会在一定程度上影响到铝材的加工质量，也会对轧辊造成一定的磨损，还会增大轧制机械的能耗。现本文就主要分析了铝材轧制过程中摩擦特点，并详细分析了其对轧制过程、轧制压力以及产品质量的影响，并指出在铝材的轧制过程中，最好合理利用一些工艺滑粉，以此来减少摩擦，提高铝材的轧制加工质量。

【关键词】铝材；轧制加工；摩擦特点；影响

随着我国工业的快速发展，不但带动了我国国民经济建设的腾飞崛起，而且也促使了我国加工制造业生产水平的不断提升。在工业制造中，铝材是最常见的一种加工材料，而其加工工艺技术种类较多，需要根据不同的铝制产品需求选择最佳的铝制加工工艺。而其中轧制加工工艺就是最常见的加工工艺，在铝板、铝带卷、铝箔以及其他一些型材都是需要轧制来完成铝制产品的加工。并且单单就以轧制来讲，铝材的轧制还可以分为热轧、冷轧、铸轧以及箔轧等等。而无论是哪种形式的轧制，在实际的加工过程中都是将轧件放置在轧辊的一侧，再将其拉近轧辊的辊缝中，将轧件从另一侧挤出，以此来完成加工过程。由此可以看出，轧制的加工原理主要是利用摩擦原理，来实现铝材的加工的。

1.铝材轧制过程中的摩擦特点分析

从铝材轧制的工艺特点来看，铝材轧制主要是通过摩擦来实现加工过程的，即通过轧件与轧辊、工作辊与支持辊之间的相互摩擦运动，来最终完成轧件的加工。这种摩擦运动与一般的机械摩擦运行基本相同，因此该加工摩擦应该也适用一般的摩擦定律。但是由于铝制轧制是利用自身所具备的工艺特点，使铝材发生一定的塑性变形而完成加工的，因此其除了一般的摩擦特点以外，还具有以下几点独特的摩擦特点：

1.1轧制过程中，接触面上的单位压力相对较高

由于铝材主要是利用轧辊把压力施加在铝材上的，因此铝材本身需要承受的压力非常大，且这个压力还必须要大于其本身的屈服强度，只有这样，才可能发生铝材的塑性变形。由此可以看出，接触面上的单位压力是非常高的，在此情况下进行润滑具有一定的困难。

1.2内外摩擦同时存在

与一般机械摩擦不同，铝材轧制时轧件同时兼具着两种摩擦，即比一般的机械摩擦要多出一种内摩擦。这是因为轧件在变形的过程中，其内部的质点也在产生相对位移，而形成内摩擦。

1.3摩擦力的作用方向是不断变化的

一般来讲，机械摩擦过程 中，摩擦力的作用方向都想固定不变的，即为物体运动的反方向。但在铝材的轧制过程中，当铝材发生塑性变形时，其变形区域的后滑区就会出现摩擦力作用方向变化的现象，即其摩擦力的作用方向和轧件的运动方向是一致的。但前滑区则依然是相反是作用方向。要想提高轧制效率，就必须要做好合理的协调前后滑区的摩擦力，使其摩擦是作用方向始终是与轧件的运动方向相反。

1.4轧制时金属表面呈现不断变化的局面

在轧制的过程中，由于铝材在不断的发生塑性变性，其厚度在不断减小，而表面积则在不断增大，此时就会有很多新生的铝材表面，这些表面有着较高的高活性，会对轧辊产生一种粘着力，使摩擦作用更大，对轧辊的磨损也更严重。

2.轧制过程中摩擦、磨损的机制

铝材轧制过程中，轧辊作圆周运动，这种运动的特点决定了在接触处有相对速度为零的粘着区。同时，轧件在变 轧件形区发生较大的塑性变形，轧辊与轧件之间存在着较大的相对滑动，接触面积增加。所以，轧制过程中摩擦副间的相对运动是既有滚动又有滑动的复合运动，要使轧件运动，需克服接触表面摩擦力，还要克服塑性变形对物体运动所产生的阻碍。在轧制过程中，轧辊和轧件间微凸体因冷焊而发生粘着，同时，轧件沿着轧辊表面发生塑性流动，充填轧辊表面凹穴而形成机械交锁。正是由于机械交锁与粘着的共同作用，当轧辊与轧件表面发生相对运动时，金属流动发生在表面以下的剪切变形区内。因此，在轧制过程中，摩擦的基本过程是表层下金属的剪切流动过程，摩擦应力和摩擦因数随剪切变形条件（变形区几何因子）而变化。正是这种表层下金属的塑性流动，使得实际生产中有些坯料的表面划痕等表面缺陷，即使经过很大的变形也难以完全消除。

在轧制变形区内，表面微凸体的粘着和层下金属的塑性流动，使得粘着磨损成为轧制加工的主要磨损形式。尤其是在轧制铝及铝合金时，因其面心立方结构，有较多的滑移系统，硬度较低，与其它金属的固溶度大，合金化能力强，以及其氧化膜相对基体金属硬脆等因素使得粘着磨损较其它金属更为突出。

降低轧制过程中摩擦磨损的最有效的措施是强化工艺润滑，润滑剂一方面能屏蔽微凸体的金属原子间的作用力，另一方面其中的某些脂肪酸、醇等有机物对金属表面有软化作用 ，降低金属塑性流动的剪切应力和流动阻力，可以有效地降低摩擦，减少磨损。另外，润滑剂还具有冷却清洗的作用，能迅速带走变形热和摩擦热，降低摩擦界面的温度，冲洗接触表面的磨屑，防止磨粒磨损，减少表面划痕。

3.摩擦对金属变形抗力的影响

金属的轧制过程就是在轧制变形区金属发生塑性流动过程，轧辊和轧件相接触的摩擦阻碍着轧件表层金属质点的流动，而且随变形区几何因子的不同，摩擦对金属内部质点流动的牵制作用不同，进而金属的变形抗力以及变形总力也就不同，还会导致变形区内各部分金属变形不均匀。外摩擦对金属变形抗力及总形力有很大的影响。

4.摩擦对轧制工艺的影响

轧制过程是通过轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，使其产生塑性变形。咬入是实现轧制的第一步，轧件的咬入与摩擦密切相关。在简单轧制条件下，实现自然咬入条件是摩擦角大于或等于咬入角，所以，改善咬入的措施可以从两方面人手，即减少咬入角或增大摩擦。增大摩擦的常用的方法有：①在粗轧辊上打砂或粗磨；②咬入时不加或少加润滑剂；③低速咬入，高速轧制，因为一般随着轧制速度的增加。对于轧制压力的摩擦影响，还可采用良好的工艺润滑，能减少摩擦与磨损，降低轧制压力，减少能耗，节约成本，增加效益。

5.外摩擦对制品组织和质量的影响

在轧制铝材过程中，轧件与轧辊间的外摩擦不仅影响着轧制工艺，而且也影响着制品的组织性能和质量。如前所述，外摩擦一方面会引起表层金属的剪切流动，另一方面还会造成变形体内各部分变形不均匀。这些直接或间接导致轧件的组织性能不均匀 。在外摩擦较小的区域，金属的延伸变形较大。在延伸变形较大的中心域受压附应力，延伸变形小的周边区受拉附应力。外摩擦愈大，金属流动愈不均匀，附应力愈大。在拉附应力超过金属抗拉强度时，就会出现开裂。热轧开坯时，常由于表面润滑不良，温降过大，表面出现过大的拉附应力，产生表面横向裂纹。冷轧薄板时，由于辊面润滑不均匀，常出现局部“波浪” 缺陷，这是由于润滑好的区域延伸大，出现压附应力的结果。

6.结语

总之，在轧制过程中对摩擦的调控可提高生产的效率和产品质量，而控制摩擦最有效的方式就是润滑。因此控制工艺润滑就可以实现对轧制过程中参数的调节，控制摩擦，降低轧制压力，减少轧辊的磨损，改善轧材表面质量。

【参考文献】

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[2]周亚军，周宏慧.铝材轧制加工过程中的摩擦特点及其影响[J].铝加工，2005（04）.