Методичка (997824), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Гидродинамическое трение (чаще называемое жидкостным трением)

возникает при холодной пластической деформации при обильной смазке поверхностей. Особенность такого трения состоит в том, что во всех точках контактные поверхности разделены толстой (более 10^-4 мм) пленкой смазки. Для этого вида трения контактные касательные напряжения определяются формулой Ньютона

где _s - динамическая вязкость смазки, dV_с / dn - градиент скорости в слое смазки в направлении нормали к контактной поверхности ( рис. 70).

d V_с

dn

Рис.70

При использовании эффективных смазок толщина слоя пленки оказывается достаточно большой, трущиеся поверхности надежно разделены, и контактные касательные напряжения оказываются минимальными, примерно на 2 порядка ниже, чем при сухом трении. В результате резко снижается деформирующая сила, повышаются качество поверхности изделия и стойкость инструмента.

Граничное трение встречается чаще, чем другие виды трения и характеризуется тем, что поверхности заготовки и инструмента разделены тончайшим слоем смазки (не более 10^-6 - 10^-4 мм). Контактные касательные напряжения при граничном трении на порядок больше, чем при жидкостном.

Большое значение при граничном трении имеют свойства смазки и состояние трущихся поверхностей.

Причины значительного повышения _к при граничном трении по сравнению с жидкостным, состоят в следующем:

-смазочные пленки толщиной менее 10^-4 мм (граничный слой) качественно отличаются от нормальной жидкости, из которой они образованы.

-неровности контактирующих поверхностей местами прерывают смазочную пленку, образуя узлы схватывания. Если пленка имеет малую механическую прочность, то количество узлов схватывания может быть большим, и граничное трение приближается к сухому.

9.3. Граничные условия. Законы Амонтона-Кулона и Зибеля

Для теоретического анализа процессов обработки металлов давлением необходимо задать закон, по которому изменяются касательные напряжения на контактных поверхностях инструмента и заготовки. Этот закон входит в число граничных условий.

В зависимости от состояния контактных поверхностей граничные условия задаются по-разному.

По закону Амонтона-Кулона контактные касательные напряжения распределяются пропорционально нормальным напряжениям в плоскости контакта (рис. 71): к =  n, где n - нормальное напряжение на контактной поверхности.

Рассмотрим площадку F_з в окрестности т. А с координатами x, y, z. Пусть _n = _s и  = 0,4, что соответствует реальным значениям в условиях горячей пластической деформации.

Тогда _к = 0,4 _s .

При пластической деформации существует закон:

_мах - _мин = 2_мах = _s , откуда _мах = _s / 2 .

Очевидно, что _к должно быть меньше _мах, следовательно, закон Амонтона - Кулона (граничные условия _к =  _n) можно применять, если по условиям техпроцесса на поверхности контакта действуют нормальные напряжения _n, при которых  _n < _s / 2.

n

R_з

_n

_к

F_з

Рис.71

Для деформации в условиях граничного трения сопротивление сил трения на площадке F зависит не только от сопротивления сдвигу самого деформируемого металла, но и от сопротивления сдвигу граничной смазки:

T = _sF_с + _смF _см

где F_c - часть площадки F, по которой происходит сухое трение, а F _см - часть площадки, по которой заготовка и инструмент взаимодействуют через слой смазки.

Обозначим F_с / F _см=  и учтем, что _s = _s / 2

Разделим почленно T на выражение F = F_c + F_cм:

,

где , т.е. мы пришли к формуле вида ,

известной в литературе, как формула Э.Зибеля.

Здесь коэффициент  можно считать коэффициентом трения. Физическая сущность коэффициентов трения , входящих в формулы Амонтона- Кулона и Э.Зибеля, различна. Поэтому формулы можно привести к виду:

_к = _n _n и _к = _s _s , где _n  _s . Приравнивая _к , получим соотношение _n = _s (_s / _n)

Формулу _к = _n_n следует применять для теоретического анализа процессов обработки металлов давлением, в которых преобладают растягивающие напряжения и выполняется условие _n_s, т.е. для волочения, вытяжки листового металла, прокатки толстых листов с небольшими обжатиями, начальной стадии осадки высоких заготовок.

Формулу _к = _s_s следует применять для анализа операций, характеризующихся схемой всестороннего сжатия с большим отрицательным средним напряжением  _n  _s - это прокатка тонких листов с большим обжатием, осадка тонких заготовок, объемная штамповка.

В сомнительных случаях следует провести предварительные расчеты по формуле _к = _n _n, построить эпюры _{к ,}_n и сравнить _к с _s.

Если _к  0,5_s , то расчет можно считать правильным.

Экспериментальные исследования показывают, что коэффициент контактного трения является функцией координат контактной площадки, температуры, степени деформации, шероховатости заготовки и др.

Теоретически вид этой функции установить очень сложно, поэтому, в первом приближении принимают, что силы трения равномерно распределены по контактной поверхности.

1. Основные факторы, влияющие на контактное трение.

Сродство материалов инструмент- заготовка тем меньше, чем больше различаются параметры их кристаллических решеток. При малом сродстве мостики трения (выступы шероховатости) разрушаются по границе инструмент-заготовка, и налипания материала заготовки на инструмент не происходит даже при отсутствии смазки.

В некоторых случаях хороших результатов можно достичь применением покрытий, например, хромированием матриц для вытяжки листовых заготовок.

Второй важнейший фактор - это смазка. Подбором соответствующих смазок можно снизить силу тем значительнее, чем больше отношение контактной поверхности ко всей поверхности деформируемой заготовки

Шероховатость поверхности инструмента играет важную роль, поскольку способствует удержанию смазки и созданию режима, приближающегося к жидкостному трению. Стремиться к высокой чистоте поверхности инструмента нецелесообразно из-за того, что интенсифицируется процесс образования узлов схватывания и ухудшаются условия смазывания. Шероховатость поверхности, механически обработанной на станке резанием, имеет рельеф с преимущественной ориентировкой. Поэтому трение на контактной поверхности инструмента, как правило, бывает анизотропным, зависящим от направления. Сопротивление течению вдоль рисок механообработки даже после шлифования на 20% меньше, чем поперек рисок.

Вид обработки поверхности заготовки имеет значение лишь в начальный момент деформирования (в момент контакта). При дальнейшем развитии деформации контактная поверхность заготовки сглаживается и становится отпечатком поверхности инструмента.

На трение оказывает влияние характер нагружения. Например, при вибрационной осадке образца усилие деформирования снижается в 1,5 - 2 раза, бочкообразность уменьшается, что свидетельствует о значительном снижении трения.

Контактное трение снижается также при наложении на деформируемую заготовку ультразвуковых колебаний. Это объясняется тем, что при пульсирующей нагрузке, когда инструмент в результате упругого восстановления отходит от поверхности деформируемой заготовки, сплошность смазочной пленки восстанавливается, а силы трения снижаются. Применяемые смазки рассматриваются в курсе ковки и штамповки.

1. . Активные силы контактного трения

В ряде технологических операций силы трения могут играть положительную роль.

На рис. 68 показана схема процесса обратного выдавливания детали типа стакан, где обозначено: V- скорость течения металла, V_м - скорость движения матрицы, Р- направление действующей силы, _к - силы трения, _z, _r, _ - напряжения в элементарном объеме. При выдавливании по схеме 68 а, где матрица неподвижна, трение на поверхности матрицы приводит к тому, что в очаге деформации имеет место схема всестороннего неравномерного сжатия.

Эта схема, повышая пластичность, увеличивает силу деформирования. Чтобы использовать трение для снижения деформирующей силы, матрице сообщают движение по направлению z со скоростью V_м  V ( схема 68 в). В этом случае встречное относительное движение металла заготовки и матрицы заменяется попутным движением. Силы трения _к меняют знак, в очаге пластической деформации схема напряженного состояния может стать сжато-растянутой. В этом случае потребуется значительно меньшая сила деформирования, а, следовательно, повысится стойкость инструмента.

Р P

V V  _z V V V_м _z

Характеристики

Список файлов книги