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材料成型摩擦与润滑实验报告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、铜轧制油。其中用到的铜轧制油的性能如下：性能1#密度29.5℃，g•cm-30.812运动粘度40℃，mm2•s-14.27倾点，℃＜-12.0闪点，开口，℃154馏程范围，℃261~388铜片腐蚀100℃，3h，级1a旋转氧弹，150摄氏度，加水，min1348皂化值，mgKOH•g-115.21三、实验原理由右图可见，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。图一图二4.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、实验结果分析与讨论实验中得出的数据如下：PB=559NWSD=0.44mm由实验得出的摩擦系数随时间变化的曲线图以及温度曲线可知，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。六、实验结论由实验测出的铜轧制油的平均摩擦系数为0.0877。轧制工艺润滑效果的研究一、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、实验器材铜板（三块）、二辊实验轧机、千分尺、电子显微镜、两种浓度不同的润滑油：油1（浓度为0.4%）、油2（浓度为0.5%）、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7-5.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影响也是很明显的。图7-6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。本实验中在干轧、油1（浓度为0.4%）、油2（浓度为0.5%）的条件下对铜板进行轧制，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.测量铜板的轧前厚度，将数据记录在电脑上，设置道次为6。2.打开轧机，根据测量的铜板厚度调整轧辊之间的间距，设定前四次的轧下量为轧前的20%，后两道的轧下量为轧前的10%。3.将铜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.将其他的两块铜板用油1、油2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.将轧制后的铜板放在显微镜下观察其表面状况。五、实验结果分析与讨论1.干轧铜表面状况图及数据。图5（干轧）道次厚度H(mm)厚度h(mm)压力1(kn)压力2(kn)扭矩(kn-m)11.521.34534.0727.490.2321.3451.14947.6630.420.3731.1490.86459.0740.980.5140.8640.58772.9147.340.5750.5870.39569.5545.840.4860.3950.3057.09150.072.用油1润滑后的铜板表面状况图及数据。图6（0.4%）道次厚度H(mm)厚度h(mm)压力1(kn)压力2(kn)扭矩(kn-m)11.5121.33435.4329.870.2521.3341.14242.437.170.6331.1420.89154.4344.230.4740.8910.62161.9857.580.5850.6210.43959.4353.050.4160.4390.3226.4813.610.063.用油2润滑后的铜板表面状况图及数据。图7（0.5%）道次厚度H(mm)厚度h(mm)压力1(kn)压力2(kn)扭矩(kn-m)11.5451.37533.1229.560.2821.3751.17443.0233.430.3731.1740.91160.1743.460.540.9110.61167.1155.50.6150.6110.4441.046.240.0660.4440.3195.9212.55-0.01观察轧后铜板的外貌形态可知，干轧的铜板轧后表面较粗糙，说明磨损程度大，加了润滑油后的铜板轧后表面相对较光滑，磨损程度相随较小。因此润滑油能减少轧件表面摩擦及磨损，润滑油的浓度越高，润滑效果越好。4.根据实验所得出的数据做出三种不同的润滑条件下轧制道次和压下量的关系曲线图，如图1。图15.根据实验所得出的数据做出三种不同的润滑条件下轧制道次和轧制压力的关系曲线图，如图2。图2由图可知，轧制压力在中性点处出现一个峰值。00.050.10.150.20.250.30.3502468轧下量轧制道次轧下量与轧制道次的曲线图干轧油1（0.4%）油2（0.5%）02040608010012014002468轧下压力轧制道次轧制压力与轧制道次的曲线图干轧油1（0.4%）油2（0.5%）6.根据实验所得出的数据做出三种不同的润滑条件下轧制道次和扭矩的关系曲线图，如图3。图3六、参考文献1.孙建林编《材料成型摩擦与润滑》，国防工业出版社。2.孙建林编《轧制工艺润滑理论、技术与应用》，冶金工业出版社。-0.100.10.20.30.40.50.60.702468扭矩轧制道次扭矩与轧制道次的曲线图干轧油1（0.4%）油2（0.5%）