摩擦边界条件

摩擦边界条件(boundary coneiition of friction)

求解塑性加工力学问题时，在变形体边界上给出的约束工具与工件接触表面间单位摩擦力的边界条件。在金属塑性加工过程中变形金属与工具间存在正压力及相对滑动的趋势，在两者间产生摩擦力作用，这种摩擦力不仅是塑性加工力学计算的重要参数，也是接触表面边界条件之一。接触表面摩擦是一个复杂的物理过程，接触表面的压应力与摩擦应力间关系很复杂。关于摩擦力T与正压力P的关系，现今多采用库仑干摩擦定律T=fP或τ_f=fσ_n。，式中τ_f为摩擦剪应力；σ_n为压应力；f为摩擦系数。实验证明，σ_n在某一范围内时f近似为一常数，τ_f随σ_n线性增加。对于润滑良好且工件表面光滑的冷锻，f和σ_n都很小，如果工件又很薄，可以认为整个接触面上全滑动，此时τ_f=fσ_n。当τ_f=k时(k是变形金属的剪切屈服极限)，τ_f不再随σ_n升高而升高，保持为一常数。热锻时工件表面有氧化皮，工具表面又比较粗糙，f值较大，因此τ_f值也较大。如果此时工件很薄，可以认为接触表面全为粘着区，这里τ_f随着塑性加工变形条件的不同，处理摩擦边界条件时有时采用库仑干摩擦规律，有时采用常摩擦应力规律，或两者同时采用。在工具与工件间有润滑剂时，摩擦系数变小，工具与工件问滑动速度较低时，处于半干摩擦状态。相对滑动速度增加，带入变形区的润滑剂增多(如轧制和拉拔)，由半干摩擦向液体摩擦转化，使f下降。当达到液体摩擦状态后(接触面间形成完整润滑油膜)，相对滑动速度增加，f增加，摩擦应力与润滑油膜中速度梯度成正比.

由于库仑干摩擦定律中摩擦系数，受应力状态影响，而且也很难测准，许多学者建议采用τf=mk式，式中m=0～1，称为摩擦因子。采用这种摩擦关系使变形力学解相对简化，而且也易用实验方法确定m值。也可按塔尔诺夫斯基(M．r．TapHOBCKHH。)的经验式近似地确定：

镦粗时 轧制时

式中R、h为镦粗吐圆柱体的半径和高度；n为轧制时l/h或b／h中较小者；L、h、b是轧制时变形区的长度、平均厚度和平均宽度.