Закономерности трения в процессах обработки

При расчете трения в деталях машин обычно считают, что сила трения пропорциональна силе нормального давления[9]. Исследование трения в процессах обработки металлов давлением (ОМД) показало, что зависимость имеет более сложный характер [12,28]. Это может быть объяснено особенностями, присущими процессам ОМД, главными из которых являются высокий уровень контактных давлений и существенное различие в механических свойствах трущихся тел, вследствие чего деформация одного из трущихся тел (инструмента) всегда является упругой, в то время как другого (заготовки) – пластической. А это, в свою очередь, приводит к существенному различию в площадях фактического контакта при трении в деталях машин и процессах ОМД. Так, если в первом случае площадь фактического контакта составляет обычно от 0,0001 до 0,1 номинальной площади [8], то во втором она может быть близкой к нормальной.

В настоящее время для расчетов трения в процессах ОМД обычно используют две зависимости. Закон трения Амонтона

Здесь

– контактные касательные напряжения;

– нормальные Между тем, как было указано выше, связь сил трения и нормального давления не ограничивается зависимостями (7.1) и (7.2). Причем обоснования правомерности применения того или иного выражения для определения сил трения при конкретных условиях обработки нет. Кроме того, содержащийся в этих выражениях коэффициент трения не может быть рассчитан аналитически, а должен определяться экспериментально. Все это затрудняет расчет сил трения при пластическом формоизменении. В связи с этим встает задача построения аналитической модели трения в процессах ОМД, которая позволяла бы теоретически рассчитывать силы трения.

Попытка теоретически объяснить результаты экспериментов содержится в работе [16], однако предложенная в ней модель не учитывает напряженное состояние, возникающее в местах локального контакта при трении. Этого недостатка лишены модели трения, предложенные в работах [13, 24]. В работе [13] определено сопротивление скольжению при внедрении в гладкую поверхность пластического материала единичного клинового выступа для случая, когда адгезионная составляющая сил трения равна нулю (рис. 7.1). Показано, что в рассматриваемом случае сила трения пропорциональна силе нормального давления, а коэффициент трения равен

где

– угол наклона гребешков инструмента к плоскости контакта.

Рис. 7.1. Схемы различных фаз движения единичного клинового выступа по поверхности пластического материала при отсутствии адгезионной составляющей сил трения

В работе [24] показано, что при контактном взаимодействии шероховатой поверхности инструмента с гладкой поверхностью заготовки (рис. 7.2) в процессе пластического формоизменения в зависимости от степени заполнения впадины между гребешками инструмента волной пластически деформируемого материала имеют место три стадии с различными законами трения. На первой стадии до момента достижения пластической волной вершины гребешка имеет место закон трения Амонтона. На второй стадии, до момента полного заполнения впадины между гребешками, – двучленный закон трения, и на третьей стадии – закон Зибеля.

Рис. 7.2. Схемы стадий заполнения впадин между гребешками при контактном взаимодействии шероховатой поверхности инструмента с гладкой поверхностью заготовки

При отсутствии адгезионной составляющей на первой и второй стадиях заполнения имеет место закон трения Амонтона, а коэффициент трения определяется выражением (7.3).

Нормальное давление, соответствующее моменту полного заполнения впадины между гребешками, равно

где K – пластическая постоянная материала заготовки,

– адгезионная составляющая сил трения.

Следует отметить, что в работах [13,24] анализ ограничен, случаем взаимодействия шероховатой поверхности инструмента с гладкой поверхностью заготовки.

В действительности обе поверхности шероховаты, причем в подавляющем большинстве случаев шероховатость инструмента на несколько классов выше шероховатости заготовки.

Взаимодействие шероховатых поверхностей инструмента и заготовки для случая предельного трения на контакте рассмотрено в работе [13]. Установлена связь относительной площади фактического контакта с уровнем нормальных давлений. Решены задачи смятия неровностей заготовки и внедрения гребешков инструмента в сминаемый металл при их взаимодействии (процессы, определяющие формирование площади контакта). Показано, что как при смятии, так и при внедрении следует различать две стадии (независимую стадию и с взаимным влиянием гребешков).

Первая стадия внедрения определяется полем вдавливания клиновых пуансонов (рис. 7.2, а), и соответствующая ей глубина внедрения лежит в пределах 0 < h < 0,5Н. Нормальное давление на фактическом контакте при этом равно

где

– относительная площадь фактического контакта.

При глубине внедрения h > 0,5Н начинается вторая стадия взаимодействия. Она определяется полем течения в сужающуюся щель (рис. 7.3, б).

Рис. 7.3. Поле линий скольжения для различных стадий внедрения гребешков инструмента в поверхность заготовки: а – первая стадия; б – вторая стадия

Нормальное давление на номинальной площади контакта для второй стадии внедрения гребешков инструмента определяется выражением

Первая стадия смятия гребешков заготовки определяется полем сжатия клина (рис. 7.4, а). Ей соответствует величина смятия в пределах 0 < h < h₁. Давление на фактической площади контакта при этом следующее:

Величина смятия, соответствующая моменту окончания первой стадии [71], равна

Связь между углом

и углом наклона гребешка заготовки к плоскости контакта

следующая [25]:

Зависимость площади контакта от величины смятия такая:

Вторая стадия смятия может быть представлена как течение в сужающуюся щель (рис. 7.4, б). В этом случае давление на номинальной площади контакта определяется выражением

Как было указано выше, в работе [13] рассмотрен частный случай контактного взаимодействия, когда трение на контакте предельное. Кроме того, при определении площади контакта не учитывалось влияние сдвигающего напряжения. Между тем это влияние может быть значительным [14].

Рис. 7.4. Поле линий скольжения для различных стадий смятия
гребешков заготовки инструментом: а – первая стадия; б – вторая стадия

Таким образом, в опубликованных работах рассмотрены только частные случаи контактного взаимодействия:

– взаимодействие шероховатой поверхности с гладкой;

– взаимодействие шероховатых поверхностей при предельном трении (

_к = K).

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: