 |
Определение скорости деформации в процессах осадки и продольной прокатки.
|
|
|
|
13. Определение средних скоростей
деформации при больших деформациях:
а) Осадка:
б) Прокатка:
24. Трение при ОМД. Основные определения. Особенности трения при ОМД.
Некоторые общие понятия и определения:
Внешнее (контактное) трение (Тр) возникает при взаимодейвствии двух поверхностей;
Практически всегда трению сопутствует сила, действующая по нормали к контактной поверхности (сжимающая сила N);
Трущиеся поверхности – соприкасающиеся поверхности взаимно перемещающихся тел, взаимодействующих в результате действия сил N и сил межмолекулярного притяжения;
Сила Тр (Т) – сила, действующая по касательной к контактных поверхностям, передаваемая от одного тела (инструмента) к другому (Ме) при их относительном смещении;
Тр возникает при относительном смещении: Тр движения (необратимые смещения); Тр покоя – малые, обратимые, упругие смещения;
Т всегда направлена так, что она препятствует перемещению рассматриваемой поверхности относительно другой;
Смазка – слой вещества, разделяющий трущиеся поверхности, препятствующий их «свариванию» и молекулярному схватыванию;
«Естественная» смазка – окислы, влага, адсорбированные вещества, загрязнения;
Технологическая смазка – намеренно вводимые в зону деформации вещества, предназначена для решения ряда важных задач при ОМД.
Некоторые модели трения:
Сухое трение – поверхности трущихся тел свободны от смазки. Идеальное сухое Тр почти не встречается на практике – требуется спец. подготовка поверхности, ОМД в вакууме и т.д.)
При малом усилии площадь фактического контакта может быть во много раз меньше номинальной. С ↑ усилия Р фактическая площадь контакта ↑↑, достигая значения ≈ номинальной площади контакта
|
|
|
Сухое трение 
В местах контакта при всех значениях Р - пластическое и упругое смятие неровностей. При сдвиге контакт. поверхностей, даже в сл. Р = const площадь Sф ↑ вследствие образования «пластической волны». Из-за более интенсивного упрочнения Ме вблизи Sф фактический сдвиг происходит не по Sф, а несколько глубже – по пов-сти скольжения Sс. Sс зависит от Р так же, как и Sф. Сила трения
Т = τs Sс,
где τs – сопротивление сдвигу в контактном слое. Полагая τs ≈ const получим:
Область I – T = P tgα → T = f P (f = tgα) – закон Г. Амантона, разделив обе части уравнения на Sн → τ = f р (р – давление на контактной поверхности) – з-н Амантона в напряжениях. Данный закон справедлив при р < σs (σs – сопротивление Ме деформации) – справедливо для трения в узлах машин и в процессах волочения
Область II – для большинства случаев ОМД имеет место соотношение р > σs – в этих случаях сдвиг частично (а иногда и полностью) будет происходить не по поверхности скольжения, а внутри деформируемого Ме. В этих случаях для расчетов прочессов ОМД в качестве закона сухого трения целесообразно использовать закон Э. Зибеля:
τ = φ σs = ψ τs
Т.е. напряжение трения определяется как доля от сопротивления деформации или сопротивления сдвигу.
Жидкостное (гидродинамическое) трение 
Может иметь место при наличии толстого слоя смазки между трущимися поверхностями 
где 
- коэффициент динамической вязкости жидкой смазки, 
Коэффициент дин. вязкости – сложная функция от температуры и давления: 
где а – константа, зависящая от смазки: для минерального масла а ≈ 1, 004, но при давлениях, соответствующих условиям холодной прокатки а ↑↑ (на порядки).
Граничное трение 
С.И. Губкин: граничное трение – трение со смазкой, которая ведет себя как твердое тело, т.е. не обладает основным свойством жидкости – жидкотекучестью. Гр. трение не может быть описано на основе законов гидродинамического трения. Гр. трение возникает в условиях, когда разделяющие пленки очень тонкие (
мм)
|
|
|
Этим пленкам присущи особые физико-химические и механические свойства, они ведут себя ≈ как кристаллическое (квазикристаллическое) тело.
При наличии в смазках полярных молекул (присутствующие в смазках поверхностно активные вещества – ПАВ – жирные кислоты, спирты, соли жирных кислот и др.) на контактных поверхностях образуются ориентированные граничные смазочные слои.
Полярные молекулы способствуют организации ориентированного слоя из неполярных молекул. Молекулярная ориентация возникает, главным образом, в результате силового воздействия твердой поверхности на полярные молекулы.
Такая организованная (упорядоченная) смазочная пленка ведет себя как кристаллическое (квази) тело: 1) способна выдерживать высокие нормальные нагрузки; 2) обладает низким сопротивлением сдвигу (τсдв).
Напряжение трения при Гр. трении оценивают сопротивлением сдвигу граничной пленки: τтр = τсдв = τбаз Kt Kv Kлат
Особенности контаетного трения при ОМД
В большинстве процессов ОМД ни одна из моделий Тр не реализуется в чистом виде (исключения: Тр в вакууме, гидродинамическое Тр при волочении) → преобладание того или иного механизма;
2.Тр в большинстве случаев – нежелательный фактор. Исключения – стадия захвата Ме валками при продольной прокатке
3. Тр приводит к неоднородности деформации: 
4. Сила Тр преодолевается активной нагрузкой → ↑ требуемые усилия, работа и мощность деформации.
5. Наличие Тр → необходимость применения ТС во многих процессах ОМД.
1. При ОМД на поверхности трения действуют высокие давления, дости- гающие величин 250 МПа и более. В подшипниках скольжения общего назначения и узлах машин давление на поверхности трения не превы- шает значений 10-20 МПа
2.. 2. При ОМД происходит значительное обновление поверхности контакта инструмента с деформируемым металлом в связи с общим увеличением поверхности последнего. В подшипниках же обновление поверхности контакта носит незначительный характер, которое происходит только в результате износа.
|
|
|
3. 3. Смещение частиц металла по контактной поверхности трущихся деталей в машинах, как правило, одинаково во всех точках контакта, а при ОМД величина и скорость смещения различны для различных точек контакта
4. Отрицательная роль трения заключается в следующем.
5. 1. Контактное трение ведет к возникновению неоднородности дефор- мации или усиливает эту неоднородность, если последняя определяется самим характером осуществляемой операции. В результате может изме- ниться схема напряженного состояния, задающаяся условиями нагружения. Например, наличие сил трения при осадке (рис.4.1) создает объемную схе- му напряжений, в то время как при отсутствии трения напряженное состоя- ние было бы линейным.
6. Влияние действующих сил трения от контактных поверхностей рас- пространяется в глубину деформируемого тела, таким образом создавая в нем зоны затрудненной деформации. В результате цилиндрическая заго- товка приобретает бочкообразную форму. 2. Контактное трение в конечном итоге преодолевается дополни- тельной активной нагрузкой. Следовательно, чем значительнее контактное трение, тем большее необходимое деформирующее усилие и работа дефор- мации требуются для осуществления самого процесса.
7. Контактное трение снижает стойкость инструмента, как в резуль- тате непосредственного износа контактной поверхности, так и вследствие дополнительного разогрева поверхности и увеличения напряжений в связи с ростом деформирующего усилия. Этот фактор имеет первостепенное зна- чение, например, при волочении проволоки
На величину показателя действующих на поверхности контакта эле- ментарных сил трения оказывает влияние ряд факторов: состояние поверх- ности деформирующего инструмента, состояние поверхности и химиче- ский состав обрабатываемого металла, температура деформации, скорость 34 относительного скольжения металла по инструменту, наличие смазки на контактной поверхности и др. Состояние рабочей поверхности инструмента определяется качеством обработки ее при изготовлении инструмента, а также степенью износа в процессе эксплуатации. Чем выше качество обработки поверхности инструмента, тем меньше при прочих равных условиях коэффициент трения. Влияние обработки на- столько значительно, что величина коэффициента трения различна в зави- симости от направления скольжения металла по отношению к направлению обработки. Вид обработки контактной поверхности деформируемого тела имеет значение лишь в начальный момент деформации. При ее дальнейшем раз- витии контактная поверхность деформируемого металла сглаживается и становится как бы отпечатком поверхности инструмента. Чем больше твердость инструмента, тем ниже коэффициент трения. Так, например, при волочении проволоки наибольший коэффициент трения наблюдается при использовании стальных волок, меньший – твердосплав- ных и еще меньший – алмазных. Влияние температуры обрабатываемого металла на коэффициент трения проявляется через изменение сопротивления деформации и физико- химических свойств окалины, образующей при нагреве промежуточный слой между металлом и инструментом. Установлено, что при повышении температуры коэффициент трения сначала растет, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Такой характер зависимости можно объяс- нить тем, что сначала коэффициент трения растет в связи с окислением по- верхности и образованием в этом интервале температур твердой окалины. При дальнейшем повышении температуры происходит размягчение окали- ны, и она начинает играть роль смазки, снижая коэффициент трения. Коэффициент трения несколько снижается с увеличением относи- тельной скорости скольжения металла по поверхности инструмента, т.е. с увеличением скорости деформирования. Чем больше скорость, тем меньше длительность контакта на площадках соприкосновения инструмента и де- формируемого тела, а следовательно меньше роль молекулярного взаимо- действия. В частности, коэффициент трения при обработке на молоте будет меньше, чем при обработке в сопоставимых условиях того же металла на прессе. При обработке давлением широко применяют смазки, основное на- значение которых – снижение коэффициента трения. Смазка образует про- межуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полно- стью или частично изолирующий их друг от друга. Для этого она должна иметь достаточную активность и вязкость.
|
|
|
При обработке давлением широко применяют смазки. Основное значение смазки - снижение коэффициентов трения. Смазка образует промежуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично изолирующий их друг от друга. Если смазка полностью изолирует трущиеся поверхности, то получается трение жидкостное. При обработке металлов давлением вследствие высоких удельных давлений смаака не всегда полностью изолирует трущиеся поверхности, поэтому получается трение полужидкостное.
|
|
|
Для того чтобы смазка в достаточной степени изолировала деформируемое тело от инструмента, не разрывалась и не выдавливалась, она должна иметь достаточную активность и вязкость.
Активность смазки - способность образовывать на поверхности трения прочный защитный слой из ее полярных молекул. Активность смазки зависит от наличия в ней поверхностно активных веществ, к которым относят жирные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) и их соли, являющиеся мылами. Для создания активности достаточно небольшой добавки жирных кислот к смазке.
Вязкость смазки обеспечивает ее сопротивление выдавливанию из места контакта трущейся пары. Смазка, обладающая достаточной активностью и вязкостью, при высоком качестве отделки поверхности трущихся тел и высокой скорости скольжения может создать условия для жидкостного или полужидкостного трения.
В зависимости от назначения применяют следующие смазки:
1. Жидкие и консистентные смазки - эмульсии, масла растительные, минеральные и смеси. Эмульсии, представляющие собой смесь воды и взвешенных в ней мельчайших капелек масла, обладают хорошей охлаждающей способностью. Их применяют главным образом при холодной обработке металлов давлением с большими скоростями.
При больших давлениях применяют масла и их смеси, обладающие большей вязкостью, для повышения вязкости к маслам иногда добавляют загустители (парафин, стеарин). Для повышения активности масел к ним добавляют активные наполнители (серный цвет, хлористые соединения и т.п.).
2. Порошкообразные смазки - мыла в виде порошка или стружки, графит. Последний часто применяют в виде добавки к маслам и в виде водной суспензии с некоторыми добавками.
3. Стекло в виде порошка или ваты применяют при горячем прессовании сталей и тугоплавким металлов. При соприкосновении с нагретым металлом стекло размягчается, плотно прилипает к поверхности металла и, выполняя роль смазки, предохраняет инструмент от перегрева.
4. При волочении проволоки и труб из высокопрочных сталей и сплавов применяют покрытые заготовки мягкими пластичными металлами (медь, свинец), на которые наносят смазку.
Среди наиболее доступных в реализации экспериментально-аналитических методов оценки контактного трения можно выделить следующие методы, основанные на выдавливании деформируемого материала: метод выдавливания двухстороннего стакана [4], метод комбинированного прямого и обратного выдавливания [5], метод выдавливания в полость неограниченной длины [6] и метод выдавливания Т-образного образца [7]. Предложенный в 2009 г. Джанг К. метод выдавливания Т-образного образца, считается универсальным методом исследования и оценки контактного трения, учитывающим особенности течения материала на свободной поверхности инструмента и в закрытых формообразующих полостях инструмента
|
|
|
