Методичка (997825), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

соприкосновение осуществляется по вершинам выступов микронеровностей (см. рис.68).Фактическая поверхность контакта Fкф в момент соприкосновения значительно меньше номинальной площади Fкн. Поэтому пластическая деформация начинается на поверхностях фактического контакта, например Fi. Последостижения предела текучести начинается деформация гребешков и приработка поверхности заготовки к поверхности инструмента.В области выступов в условиях больших контактных давлений и значительной местной деформации образуются так называемые «узлы схватывания»,т.

е. поверхности Fi , на которых вследствие агдезии образуется металлическое соединение трущихся тел. При сухом трении прочность такого металлического (местного) соединения в узле схватывания в большинстве случаев выше, чем прочность материала заготовки. Поэтому дальнейшее относительноеперемещение заготовки по поверхности инструмента возможно лишь при разрушении материала заготовки.ZFкнИFi Fi+1`ЗХРис.68Рассмотрим процесс на площадке Fi (см. рис.

69).67В начальный момент контакта деформация локализуется у вершины выступа, т.к. в этом месте площадь наименьшая и, следовательно, напряжениянаибольшие. По мере увеличения площадки от Fи до Fд очаг пластическойдеформации распространяется вглубь выступа по нормали n. Деформация сопровождается упрочнением, поэтому напряжение текучести на сдвиг s в объеме выступа является переменным. У поверхности контакта s больше, чемвглубь выступа, т.е. градиент механических свойств - отрицательный.

В этихусловиях внешнее трение переходит в трение внутреннее, и дальнейшее перемещение заготовки и инструмента в направлении ux возможно только, еслиузел схватывания разрушится по поверхности среза «ав», для которой произведение sFав (сила сопротивления срезу) будет наименьшим.Если деформируемый металл и металл инструмента близки друг к другупо своим механическим характеристикам, то узел схватывания на поверхностиконтакта очень прочен, и при трении поверхностей материал заготовки налипает на инструмент.

Особенно это характерно при повышенных температурах,при которых материалы более легко образуют металлическое соединение вузлах схватывания (адгезия).Если сродство материалов инструмента и заготовки невелико, то металлический контакт при низких температурах непрочен, и с повышением температуры его прочность изменяется незначительно.Поэтому в случае деформирования инструментом, свойства которогосильно отличаются от свойств заготовки, сопротивление срезу по поверхности«ав» больше, чем по поверхности «cd» границы раздела. В этих условиях схватывание происходит, но налипания не наблюдается.Сухое трение приводит к резкому ухудшению качества поверхности заготовки, повышенному износу инструмента.

В чистом виде сухое трение воз-68никает только при обработке в вакууме. В обычных условиях деформации безсмазки на поверхностях инструмента и заготовки всегда имеются оксиды,пленки влаги, газовые прослойки, различные загрязнения. Поэтому условия,близкие к сухому трению, существуют лишь на отдельных участках поверхности, главным образом тех, которые образовались в результате увеличения общей площади контакта и выхода на поверхность глубинных слоев металла заготовки.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. Дляэтого вида трения контактные касательные напряжения определяются формулой Ньютонаηk  μsdVcdnгде s - динамическая вязкость смазки, dVс / dn - градиент скорости в слоесмазки в направлении нормали к контактной поверхности ( рис. 70).d VсdnРис.70При использовании эффективных смазок толщина слоя пленки оказывается достаточно большой, трущиеся поверхности надежно разделены, и контактные касательные напряжения оказываются минимальными, примерно на 2порядка 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 тончайшимслоем смазки (не более 10-6 - 10-4 мм). Контактные касательные напряженияпри 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) качественноотличаются от нормальной жидкости, из которой они образованы.-неровности контактирующих поверхностей местами прерывают смазочнуюпленку, образуя узлы схватывания.

Если пленка имеет малую механическую69прочность, то количество узлов схватывания может быть большим, и граничное трение приближается к сухому.9.3. Граничные условия. Законы Амонтона-Кулона и ЗибеляДля теоретического анализа процессов обработки металлов давлениемнеобходимо задать закон, по которому изменяются касательные напряжения наконтактных поверхностях инструмента и заготовки.

Этот закон входит в числограничных 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 Fз в окрестности т.

А с координатами x, y, z.Пусть n = s и  = 0,4, что соответствует реальным значениям в условияхгорячей 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 условиямтехпроцесса на поверхности контакта действуют нормальные напряжения n,при которых  n < s / 2.nRзnкFзРис.71Для деформации в условиях граничного трения сопротивление сил трения наплощадке F зависит не только от сопротивления сдвигу самого деформируемого металла, но и от сопротивления сдвигу граничной смазки:T = sFс + смF см70где Fc - часть площадки F, по которой происходит сухое трение, а F см часть площадки, по которой заготовка и инструмент взаимодействуют черезслой смазки.Обозначим Fс / F см=  и учтем, что s = s / 2Разделим почленно T на выражение F = Fc + Fcм:η s ΔFсη ΔFΔT см см ,ΔF ΔFс  ΔFсм ΔFс  ΔFсмηк ηcмηsηαηη α  η смη1 s  см  s η s (α  см )ΔFcмΔFс1 α 1 α1 αηс 1  α11ΔFсΔFсмη смηα  смηsηs0,5ζ s [)]  ζ s [0,5()]  μζs ,1 α1 ααη смηs) , т.е.

мы пришли к формуле вида η к  μ s ζ s ,где μ  0,5(1 αα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 анализапроцессов обработки металлов давлением, в которых преобладают растягивающие напряжения и выполняется условие ns, т.е. для волочения, вытяжкилистового 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 среднимнапряжением  n  s - это прокатка тонких листов с большим обжатием,осадка тонких заготовок, объемная штамповка.В сомнительных случаях следует провести предварительные расчетыпо формуле к = n n, построить эпюры к ,n и сравнить к с s.Если к  0,5s , то расчет можно считать правильным.71Экспериментальные исследования показывают, что коэффициент контактноготрения является функцией координат контактной площадки, температуры, степени деформации, шероховатости заготовки и др.Теоретически вид этой функции установить очень сложно, поэтому, впервом приближении принимают, что силы трения равномерно распределеныпо контактной поверхности.9.4.Основные факторы, влияющие на контактное трение.Сродство материалов инструмент- заготовка тем меньше, чем большеразличаются параметры их кристаллических решеток.

При малом сродствемостики 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 соответствующихсмазок можно снизить силу тем значительнее, чем больше отношение контактной поверхности ко всей поверхности деформируемой заготовкиШероховатость поверхности инструмента играет важную роль, поскольку способствует удержанию смазки и созданию режима, приближающегося кжидкостному трению.

Характеристики

Список файлов книги