基于Deform復(fù)合潤滑劑鐓粗試驗和摩擦磨損研究

0 引 言

模具行業(yè)發(fā)展過程中潤滑劑起著重要的作用

，尤其在制件的成形中，潤滑劑的使用不僅可以有效減少制件的磨損和破裂，還可以保護模具。隨著石油資源的逐漸減少，油基潤滑劑的使用將受到限制，并且油基潤滑劑的廢液排放及回收帶來不可避免的環(huán)境污染及危害，水基潤滑劑有成本低、無污染、不可燃等優(yōu)異性能逐步成為未來的研究方向。在現(xiàn)有水基潤滑劑的基礎(chǔ)上，通過添加納米添加劑提升水基潤滑劑的性能

。馬偉強等

制備了二氧化硅填充改性聚四氟乙烯復(fù)合材料，探究其摩擦性能，發(fā)現(xiàn)添加一定含量的二氧化硅可有效降低材料的磨損率。郭效軍等

制備了還原氧化石墨烯納米片和氟化鑭復(fù)合材料，通過測試其作為水基潤滑劑添加劑時的摩擦性能，當添加劑的質(zhì)量分數(shù)在0.1%時，可有效提高潤滑劑的抗磨性能。WC A等

用含植酸的水基潤滑劑在邊界條件下對銅的潤滑作用進行研究，證明在銅表面吸附的水基潤滑劑分子形成一層表面水合物摩擦膜可以提升銅的潤滑性。

聚四氟乙烯（PTFE）是具備自潤滑性能的優(yōu)異聚合物，其靜摩擦系數(shù)比較低，化學(xué)穩(wěn)定性較好，因此廣泛用于摩擦材料中。PTFE是整體對稱且無支鏈的高分子材料，分子中的碳氟鍵具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，氟原子將碳-碳主鏈完全包圍，這種獨特的分子間弱作用力與較低的抗剪切強度，使其分子間易發(fā)生滑動，導(dǎo)致材料的磨損率高，PTFE不適宜單獨作為潤滑材料使用

。

現(xiàn)實工作環(huán)境中可觀察到的工作重塑行為表現(xiàn)方式十分豐富。本文將研究者提出的各種分類方式概括為基于組織心理學(xué)視角的“重塑對象型分類”、基于工作要求—資源視角的“匹配策略型分類”以及其他的“補充型分類”。

現(xiàn)選用聚四氟乙烯摩擦潤滑性能優(yōu)異的材料作為主要潤滑成分，輔助添加固體潤滑劑六方氮化硼（h-BN）、水溶性增稠劑和凝結(jié)劑氧化鎂（MgO），同時選用羧甲基纖維素鈉（CMC）作為增加潤滑劑懸浮穩(wěn)定性的添加劑?；诰鶆蛟O(shè)計法探究復(fù)合潤滑劑的配方，以直徑

20 mm的45號鋼為基體進行涂敷試驗獲得涂層，再對涂層進行摩擦學(xué)性能試驗以獲得最優(yōu)的復(fù)合潤滑劑配方組合

?；贒e?form進行有限元模擬鐓粗試驗，探究冷擠壓過程中高分子潤滑劑的摩擦行為，最后通過掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線能譜儀（EDS）相結(jié)合的方式對新型復(fù)合潤滑劑涂層表面進行分析，探究其減小摩擦的機理。

1 復(fù)合潤滑劑制備

1.1 試驗試劑

選用的化學(xué)試劑如表1所示，其中聚四氟乙烯為改性后的乳液狀。

漢代，皇帝的敕令上升為法律，有嚴格的立法程序。未經(jīng)立法程序制定的敕令，通常沒有法律效力，只是單純的行政命令，適用一次即宣告失效。

最優(yōu)方案可由偏回歸系數(shù)得到，因素

的偏回歸系數(shù)為負值，表明h-BN使用量越大，摩擦系數(shù)就越小。因素

可取上限值即h-BN取1.8 g，同理因素

偏回歸系數(shù)為正值，表明MgO使用量越小，摩擦系數(shù)就越小。因素

可取下限值0.1 g。因自變量因素

和因素

不具備統(tǒng)計學(xué)意義，從成本角度考慮，因素

取10 mL、因素

取0.1 g。將最優(yōu)因素取值代入上述回歸方程，得到

=0.107 4。

1.2 復(fù)合型水基潤滑劑的制備

復(fù)合型水基潤滑劑的制備步驟如下。

對均勻設(shè)計試驗數(shù)據(jù)通過SPSS軟件進行多元回歸分析，并進行偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗，挑選對試驗分析有意義的自變量，然后通過偏回歸系數(shù)和相關(guān)自變量構(gòu)建數(shù)學(xué)回歸方程

。

對直徑為

22 mm的45號鋼圓形片料進行80、400、800、1500、2000目的砂紙打磨。打磨后浸入裝有無水乙醇的燒杯中，進行超聲波清洗15 min，然后取出放入烘干箱中加熱，在175℃保溫5 min，取出后進行潤滑劑的浸潤，即可獲得固化成形的潤滑劑涂層。

（3）攪拌后的CMC快速加入到（1）溶液中。

（4）將PTFE加入混合溶液中，在超聲波攪拌器中恒溫70℃攪拌30 min。

通過模擬分析可知，制件壓縮量>0.75 mm時會出現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象。在壓縮量為50%時，復(fù)合水基高分子潤滑劑試樣和干摩擦試樣模擬結(jié)果如圖6所示。根據(jù)材料流動分布可知，在金屬圓環(huán)邊緣材料流動最為明顯，其中干摩擦狀態(tài)下的金屬變形量明顯大于高分子潤滑劑狀態(tài)下金屬變形量。圖6（b）中在高分子潤滑劑條件下圓環(huán)中部變形量較小，依次往外變形量逐漸增大且在邊緣處的變形量比較均勻，可見潤滑劑使制件受力均勻，鐓粗更容易完成。

取10 mLPTFE乳液、1.8 gh-BN、0.1 gCMC以及0.1 gMgO，采用45號鋼基底進行3 N載荷、100 r/min轉(zhuǎn)速、30 min的摩擦磨損試驗。以無涂層的45號鋼基底干摩擦為對照試驗，試驗條件和過程一致。干摩擦摩擦系數(shù)和復(fù)合水基高分子涂層摩擦系數(shù)如圖3所示，由試驗研究可知：無潤滑條件下試樣的平均摩擦系數(shù)在0.45左右，采用新型復(fù)合潤滑劑涂覆時使得摩擦系數(shù)值減少且比較穩(wěn)定，工藝潤滑性能大幅提高，新型復(fù)合潤滑劑具有更好的減摩抗磨效果及潤滑性。

2 基于均勻設(shè)計法的復(fù)合潤滑劑配方設(shè)計及試驗研究

2.1 基于均勻設(shè)計法的復(fù)合潤滑劑配方設(shè)計

選取復(fù)合潤滑劑發(fā)揮潤滑作用的功能性組分作為試驗因素，其中除了包括聚四氟乙烯（PTFE）和六方氮化硼（h-BN）外，將影響涂層是否可以牢固粘接到基底的氧化鎂（MgO）以及使?jié)櫥牧暇鶆蚍稚⒓皯腋≡谌芤褐械挠袡C懸浮劑羧甲基纖維素鈉（CMC）也作為主要的影響因素。根據(jù)均勻設(shè)計方法選用U9（95）均勻設(shè)計表，并根據(jù)使用表選取其中的第1、2、3和5列作為影響因素使用，4個影響因素分別為PTFE、h-BN、CMC和MgO的用量，再確定各個因素水平，此外為了排除配方的其他輔助功效功能添加劑對潤滑性能的影響，其他復(fù)合添加劑的添加百分比為常數(shù)，得到潤滑劑配方試制方案，如表2所示。

2.2 涂層制備

（2）稱取一定質(zhì)量的羧甲基纖維素鈉（CMC）在無水乙醇中溶解，然后再在超聲波攪拌器中超聲攪拌5 min。

2.3 涂層摩擦學(xué)性能測試

采用HT-1000型高溫球-盤摩擦磨損試驗機進行摩擦試驗，設(shè)置環(huán)境溫度為20～25℃、環(huán)境濕度為（30±2）%。以表面粗糙度為

0.05 μm、直徑為

6 mm的GCr15軸承鋼球作為對磨球，在維氏硬度為268 HV的45號鋼圓形基底制成的每組潤滑試樣上循環(huán)滑動。潤滑試樣安裝在壓盤下，壓盤自轉(zhuǎn)速度為560 r/min，對磨接觸點的旋轉(zhuǎn)半徑為

2 mm，然后通過加載砝碼的方式施加3 N載荷，試驗時間設(shè)定30 min。每次試驗前，先用無水乙醇對鋼球進行超聲清洗并烘干。每項摩擦試驗結(jié)束后，可以在計算機查看摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)，并進行保存。每項試驗在相同的試驗條件下重復(fù)3次測試，統(tǒng)計摩擦系數(shù)的平均值并記錄，測試樣品如圖1所示。

每組復(fù)合潤滑涂層的摩擦系數(shù)隨滑動時間變化的曲線如圖2所示，整個摩擦測試階段，摩擦系數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定，因此試驗結(jié)果能代表涂層的摩擦系數(shù)，涂層的摩擦系數(shù)取整個階段的平均值。

對每組配方試樣的摩擦磨損試樣結(jié)果進行摩擦系數(shù)均值計算，并作為試驗指標

，試驗方案與統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

（1）在燒杯中加入去離子水作為配置溶液，稱取一定質(zhì)量的h-BN固體顆粒加入溶液中并攪拌溶解。

表4所示采用回歸分析輸入/移除的變量去建立模型，其中顯著性檢驗

≤0.05，進入模型，反之不進入。在引入新變量的同時，對模型中已存在的自變量進行顯著性檢驗，若

≥0.100，移出模型，反之保留。最終回歸模型中引入了h-BN用量（

）和MgO用量（

）2個自變量，排除了PTFE用量（

）和CMC用量（

）。

給出的模型信息如表5所示，其中包含模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)

、決定系數(shù)

、調(diào)整后的

和標準估算的誤差。由0<

=0.941≤1且接近于1，表明模型對數(shù)據(jù)的擬合程度好，且因變量（摩擦系數(shù)）的94.1%可由預(yù)測變量h-BN用量（

）和MgO用量（

）解釋；調(diào)整后的決定系數(shù)

=0.921，表明模型的擬合效果較好，其中標準估算的誤差接近于0，說明最后得到的回歸方程效果好。表6所示為方差分析，顯著性

值為0（<0.001），表明在SPSS默認的引入、剔除條件下自變量的統(tǒng)計學(xué)標準下，擬合的模型具有統(tǒng)計學(xué)意義。

表7所示為模型的常數(shù)項、偏回歸系數(shù)（

）以及標準化回歸系數(shù)（Beta），根據(jù)其常數(shù)項和各自變量的偏回歸系數(shù)，所有偏回歸系數(shù)檢驗的

值均<0.05，模型具有統(tǒng)計學(xué)顯著性，納入最終的回歸模型中，可得回歸方程：

=0.189-0.046

+0.012

。

3)隨著無人機航測技術(shù)的發(fā)展，集成高精度IMU系統(tǒng)和RTK的無人機可實現(xiàn)無控制點的情況下快速制作正射影像[10]，這將極大地提高數(shù)據(jù)獲取速度，為快速、精準打擊稀土非法開采以及動態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)支持，能夠?qū)⒎欠ㄩ_采行為消滅在萌芽階段，有效保護自然資源和生態(tài)環(huán)境。

2.4 試驗驗證最優(yōu)各因素值

在引導(dǎo)學(xué)生完成銜接學(xué)習時，教師肩負著非常重要的責任.為了做好相應(yīng)的工作，筆者認為，教師應(yīng)該從以下幾個方面進行努力.

3 圓環(huán)鐓粗試驗

3.1 有限元模擬

圓環(huán)鐓粗法在研究金屬塑性成型過程中模具零件表面和制件之間的摩擦系數(shù)具有優(yōu)勢，采用內(nèi)凸臺圓環(huán)進行有限元模擬和試驗，可使試驗結(jié)果更加準確

。由UG生成三維模型導(dǎo)入Deform有限元模擬軟件中，上模下壓速度為150 mm/s，終止條件設(shè)置為下壓7.5 mm，即壓縮量為50%。圖4所示為圓環(huán)制件尺寸和實物，圖5所示為鐓粗試驗有限元模型。

3.2 模擬結(jié)果分析

（5）最后向溶液中加入金屬緩蝕劑、消泡劑、乳化劑和增粘劑，置于攪拌器上攪拌15 min，直至泡沫消失。

3.3 實際鐓粗試驗結(jié)果分析

鐓粗試驗前，在相同條件對試樣進行打磨處理并在相同環(huán)境下放置保存，在高速壓力機上進行內(nèi)凸臺圓環(huán)壓縮試驗測試，設(shè)置2組試驗，分別為無潤滑劑干摩擦試驗和高分子潤滑劑試樣摩擦試驗。為保證試驗的準確性，每組試驗進行3次求平均值，壓縮量為50%的試樣鐓粗后的表面形貌如圖7所示。干摩擦條件下試樣表面有多處明顯的裂紋，邊緣有嚴重的粘著磨損，由于沒有潤滑劑，潤滑條件惡劣，干摩擦狀態(tài)下產(chǎn)生高溫致使材料表面軟化，并與模具發(fā)生焊合現(xiàn)象

，不僅損壞模具也對制件產(chǎn)生較大磨損。在高分子潤滑劑下，制件垂直方向上有一些類似于小溝壑狀形貌，主要是因為在鐓粗過程中高分子潤滑劑出現(xiàn)階段式斷裂和階段式堆積，通過測定其表面摩擦系數(shù)，該涂層仍有較好的潤滑性能，有效減小了模具零件的磨損，延長模具的使用壽命。

鐓粗試驗理論校準曲線可以使用有限元模擬繪制，圓環(huán)鐓粗試驗后，測出圓環(huán)試件鐓粗后的高度和內(nèi)徑的尺寸，就可根據(jù)理論校準曲線查出摩擦系數(shù)值

。實際干摩擦鐓粗試驗（N）和高分子潤滑劑（C）鐓粗試驗測量曲線與理論校準曲線如圖8所示，

為摩擦因子，

為摩擦系數(shù)。由圖8可以看出，摩擦系數(shù)隨壓縮量的變化而不斷變化，這是由于鐓粗過程中的應(yīng)變硬化使材料抵抗變形力增加，使摩擦系數(shù)隨著變形量的減小而增大。圖8結(jié)果表明，干摩擦條件下摩擦系數(shù)在0.40～0.46，高分子潤滑劑條件下摩擦系數(shù)在0.26左右，下降了43%左右，潤滑性能良好，可用于指導(dǎo)制件的冷擠壓成形潤滑工藝。

4 減小摩擦機理研究

采用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線能譜儀（EDS）相結(jié)合的方式對新型復(fù)合潤滑涂層表面進行分析，結(jié)果如圖9所示，復(fù)合潤滑樣品的磨痕半徑為312.3 μm。EDS顯示復(fù)合潤滑試樣磨痕表面的氧含量較低，為7.34%，說明復(fù)合潤滑涂層可以形成一層保護膜，對基底起到良好的防侵蝕保護作用。在復(fù)合潤滑試樣磨痕中涂層與基體緊密結(jié)合的部位B和Fe含量較高，說明在接觸區(qū)存在一層PTFE吸附膜，同時h-BN對于抵抗磨損、減小摩擦系數(shù)也起到了不可忽視的作用。

2.2.2 男生體質(zhì)健康標準測試各指標間相關(guān)分析 從表6（見下頁）可以看出，男生體重與坐位體前屈、肺活量與引體向上變量間相關(guān)無顯著性外，其余變量間相關(guān)性都具有顯著性意義，具體相關(guān)程度見表7（見下頁）。

5 結(jié)束語

（1）以聚四氟乙烯為主要原料，制備了新型復(fù)合水基高分子潤滑劑，基于均勻設(shè)計法通過摩擦磨損試驗獲得最佳配方為PTFE乳液10 mL、h-BN1.8 g、CMC0.1 g、MgO0.1 g。

(2)由圖5(a)可知，截面的最大應(yīng)力值在角隅處出現(xiàn)，且墩頂截面的最大等效應(yīng)力值達到了5.32 MPa，最大拉應(yīng)力達到了1.3 MPa。

（2）基于Deform的圓環(huán)鐓粗試驗，探究潤滑劑使用過程中高分子潤滑劑的摩擦行為，高分子潤滑劑有效減小了試樣表面的摩擦系數(shù)，保護了模具零件，提高了成形過程中制件的穩(wěn)定性。

寶玉爹如此一說，倒把喜姑的臉說紅了。她略帶嬌嗔地說，人家這不是想向你老人家拜師學(xué)藝嘛！接著又說，我聽人說，你演《黃鶴樓》里的劉備，臉上可以表演一邊笑，一邊驚慌，是真的嗎？

現(xiàn)在企業(yè)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理主要是存量項目。應(yīng)該與存量內(nèi)容調(diào)整為主。國有經(jīng)濟總量占比過大，約七成，自然的稱為存量優(yōu)化的重點對象。盤活存量資產(chǎn)。企業(yè)的資產(chǎn)重組，一定程度上能夠解決結(jié)構(gòu)不平衡等的問題。資本的更高效流動，有助于實現(xiàn)重組。這個也是資產(chǎn)管理公司的重要業(yè)務(wù)發(fā)展方向。宏觀角度分析，重組優(yōu)化了經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。也提高了資源配置的效率問題。微觀角度，滿足企業(yè)自身發(fā)展的重組，有助于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級調(diào)整，發(fā)揮合并的優(yōu)勢。獲得規(guī)模經(jīng)濟的額外收益總體分析，重組是企業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方法，解決存量資產(chǎn)呆賬的問題，進一步擴大企業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的收益。提升在國內(nèi)和國外的經(jīng)濟影響力。提升競爭力、盈利能力。

（3）以SEM和EDS相結(jié)合的表征方法，觀察了磨痕狀況和元素殘留情況，探究了其摩擦磨損機理，研究發(fā)現(xiàn)PTFE基體材料在接觸表面形成了一層PTFE轉(zhuǎn)移膜，而具有特殊結(jié)構(gòu)的h-BN吸附在基底起到保護轉(zhuǎn)移膜的作用，降低了復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)。

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