Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Гидродинамическая теория смазки в процессах обработки металлов давлением





Возможность создания режима жидкостного трения при ОМД обусловлена гидродинамическим эффектом смазки. В зависимости от направления относительного движения заготовки и инструмента возникновение гидродинамического эффекта смазки может быть связано либо с относительным скольжением наклоненных друг к другу поверхностей (волочение), либо с сжатием слоя смазки (осадка). В связи с этим все процессы обработки металлов давлением можно разделить на две группы. [4]

Рис. 7.13. Схема к расчету гидродинамического эффекта смазки в процессах первой (А) и второй (Б) групп

 

В процессах первой группы условия жидкостного трения формируются в предочаговой зоне (1-я зона) при нагнетании смазки в клиновой зазор, образованный наклоненными друг к другу поверхностями инструмента и заготовки при их относительном перемещении. Под действием возникающих гидродинамических давлений контактные поверхности деформируются, давая возможность смазке проникать в очаг деформации (2-я зона) (рис.7.13 , А). Если давления в слое смазки на входе в очаг деформации достигают величины, достаточной для полного разделения трущихся поверхностей слоем смазки, то имеет место жидкостное трение. В этом случае расход смазки через очаг деформации должен быть отличен от нуля.

В процессах второй группы условия жидкостного трения формируются в момент выдавливания смазки при сближении инструмента с заготовкой (I стадия). Под действием гидродинамических давлений происходит неравномерная деформация контактных поверхностей, что и приводит к замыканию смазки между торцевыми поверхностями заготовки и инструмента в момент их соприкосновения. Образовавшаяся при этом смазочная линза надежно экранирует контактные поверхности и обеспечивает режим жидкостного трения на большей части торца заготовки при ее пластическом деформировании (II стадия) (рис.7.13, Б). Таким образом, в рассматриваемых процессах имеет место сложное взаимодействие деформируемой заготовки, смазки, инструмента. Поэтому при анализе условий создания режима жидкостного трения в процессах ОМД следует исходить из рассмотрения совместной деформации многокомпонентной системы, состоящей из тел с различными реологическими характеристиками. Поскольку в этой системе заготовка деформируется вначале упруго, затем пластически, инструмент только упруго, а поведение смазки определяется ее реологическими свойствами, то для определения условий создания режима жидкостного трения необходимо решить систему уравнений теории упругости, пластичности, механики жид­кости с заданными реологическими свойствами при соответствующих краевых условиях.



Поскольку в процессах первой группы на входе в очаг деформации зазора между заготовкой и инструментом нет, а в процессах второй группы в момент контакта инструмента с заготовкой зазор также будет равен нулю, то в обоих случаях давление, при подсчете по формулам (7.32) и (7.43), будет стремиться к бесконечности p®¥. Это делает невозможным при принятых допущениях определение гидродинамического давления и толщины слоя экранирующей смазки.

В случае ньютоновской жидкости для определения давления, возникающего в слое смазки вследствие гидродинамического эффекта, необходимо решить следующую систему уравнений:

(7.56)

Уравнение энергии:

(7.57)

В общем случае

(7.58)

Плотность и вязкость смазки — величины переменные, зависящие от температуры и давления:

(7.59)

Чаще всего эти зависимости выражаются в виде эмпирических соотно­шении, в частности

(7.60)

Толщина слоя смазки с учетом геометрии смазочной щели и деформации контактных поверхностей под действием гидродинамических давлений может быть представлена в следующем виде:

(7.61)

Величины и могут быть найдены путем решения соответствующих задач теории упругости и упруго-пластичности, используя аналитические и численные методы.

Если инструмент принять за упругое полупространство, то мо­жет быть найдена из выражения:

(7.62)

Величина , если заготовку принять за упругую полосу, может быть найдена из выражения :

(7.63)

(7.64)

(7.65)

(7.66)

(7.67)

Анализ условий создания режима жидкостного трения в процессах обработки металлов давлением сводится к определению толщины слоя смазки, экранирующей контактные поверхности заготовки и инструмента в процессе пластического формоизменения, путем совместного решения приведенных выше уравнений гидродинамики вязкой жидкости и теории пластичности с соответствующими граничными условиями. Граничные, условия определяют давление, температуру и расход смазки на границах смазочного слоя, а также закон изменения касательных напряжений в зоне очага деформации. При этом в процессах первой группы следует исходить из наличия двух зон: предочаговой и очага деформации, а в процессах второй группы — из наличия двух стадий: первой — сжатия слоя смазки при сближении инструмента с заготовкой до момента их со­прикосновения и второй — деформирования заготовки.

Поскольку волочение полосы относится к процессам первой группы, то при его анализе необходимо, как было указано выше, исходить из наличия двух зон: предочаговой и зоны очага деформации (рис.7.13, А).

Исходные уравнения для первой зоны можно сформулировать следующим образом.

Уравнение Рейнольдса с учетом того, что рассматривается стационарный процесс, давление является функцией только одной переменной х, V=W = 0, принимает вид:

(7.68)

Уравнение энергии для рассматриваемого случая:

(7.69)

К уравнениям (7.68) и (7.69) следует присоединить зависимость вязкости и плотности смазки от давления и температуры, а также выражение для толщины смазочного слоя:

(7.70)

(7.71)

(7.72)

Для определения деформации контактной поверхности инструмента можно воспользоваться выражением :

(7.73)

Для деформации контактной поверхности заготовки:

(7.74)

Исходные уравнения для второй зоны можно представить так.

Давление в слое смазки во второй зоне будет определяться контактными давлениями между заготовкой и инструментом, развиваемыми в процессе пластической деформации. Последние могут быть найдены из следующего приближенного дифференциального уравнения :

Здесь Н - переменная толщина полосы в очаге деформации, равная ; tк — контактные касательные напряжения, определяемые по закону Ньютона:

(7.75)

Уравнение энергии имеет тот же вид, что и в первой зоне.

Распределение толщин смазочного слоя в зоне очага деформации может быть найдено из уравнения расхода смазки:

(7.76)

Граничные условия для первой зоны:

при ; (7.77)

Второе граничное условие для давления найдем из уравнения неразрывности смазочного слоя. Так, приравнивая расходы на границе зон, получим:

(7.78)

С учетом того, что на границе зон из последнего равенства получим следующее граничное условие:

при (7.79)

Граничные условия для второй зоны получим из условия стыковки зон: при ; .

Из изложенного выше следует, что для создания режима жидкостного трения необходимо выполнение двух условий:

при и

Эти условия являются необходимыми и достаточными.

Процесс осадки полосы условно можно разделить на две стадии: первая — сжатие слоя смазки при сближении инструмента с заготовкой до момента их соприкосновения, вторая — осадка полосы с замкнутым слоем смазки. В первой стадии уравнение Рейнольдса для рассматриваемого случая принимает вид:

(7.80)

Уравнение энергии:

(7.81)

Толщина слоя смазки:

(7.82)

Выражения для аналогичны приведенным выше.

Граничные условия:

при , ;

при .

Для второй стадии приближенное дифференциальное уравнение для контактных давлений :

(7.83)

Здесь определяется выражением (7.75). Уравнение энергии аналогично выражению (7.81).

Граничные условия:

при ; .

Решение системы уравнений для первой стадии позволяет определить величину давлений в слое смазки к моменту ее замыкания при соприкосновении инструмента с заготовкой и толщину замкнутого слоя смазки. Решение же системы для второй стадии позволяет найти контактные давления при осадке полосы в режиме жидкостного трения, а также толщину слоя смазки, экранирующего контактные поверхности в процессе деформирования, исходя из условия постоянства объема смазки, замкнутой на первой стадии процесса.

Примеры численного решения приведенной системы уравнений для процесса волочения, прокатки в предлагаемой постановке, а также приближенного аналитического решения задачи осадки с использованием гипотезы Винклера даны в работе [4].

При решении приведенных выше систем уравнений необходимо определить деформации контактных поверхностей инструмента W1 и заготовки W2. Их можно определить либо по формулам теории упругости (7.62), (7.63), (7.73), (7.74), либо, если не упрощать формулу и размеры инструмента и заготовки, то решая систему уравнений теории упругости, пластичности, методами конечных или граничных элементов.

 

Контрольные вопросы

1. Какова роль контактного трения в процессах ОМД?

2. Какие факторы влияют на величину сл трения?

3. Какие зависимости используются для расчета сил трения в процессах ОМД?

4. Какие зависимости используются для определения сопротивления сдвигу при сухом трении?

5.Как расс6читывается сопротивление сдвигу при граничном трении?

6. Что такое адгезионная составляющая сил трения и как она рассчитывается?

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боуден, Ф. П. Трение и смазка / Ф. П. Боуден и Д. Тейбор. – М. : Машгиз, 1960. – 151 с. (5)

2. Гарофало, Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов и сплавов. – М. : Металлургия, 1968. – 304 с. (10)

3. Гельман, А. С. Основы сварки давлением. – М. : Машиностроение, 1970. – 312 с. (11)

4. Гидродинамический эффект смазки в процессах обработки металлов давлением / И. Б. Покрас, Г. А . Чикуров.– Ижевск: Изд–во ИжГТУ, 2007.– 140 с. (1)

5. Губкин С. И. Теория обработки металлов давлением. М., Металлург­издат, 1947. 532 с. (12)

6. Джонсон, В. Механика процесса выдавливания металла / В. Джонсон, Х. Куде. – М. : Металлургия, 1965. – 174 с. (22)

7. Каракозов, Э. С. Соединение металлов в твердой фазе. – М. : Металлургия, 1976. – 264 с. (31)

8. Кащеев, В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов : учеб. / под ред. О. Ф. Корсун. – М. : Машиностроение, 1978. – 213 с. (34)

9. Крагельский, И. В. Трение и износ. – М. : Машиностроение, 1968. – 480 с. (38)

10. Красулин, Ю. Л. О механизме образования соединений разнородных материалов в твердом состоянии / Ю. Л. Красулин, М. Х. Шоршоров // Физика и химия обработки материалов. – 1967. – № 1. – С. 89–97. (40)

11. Красулин, Ю. Л. Микросварка давлением / Ю. Л. Красулин, Г. В. Назаров. – М. : Металлургия, 1976. – 160 с. (41)

12. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением / А. Н. Леванов, В. Л. Колмогоров, С. П. Буркин и др. – М. : Металлургия, 1976. – 416 с. (37)

13. Макушок, Е. М. Механика трения. – Минск : Наука и техника, 1974. – 256 с. (46)

14. Макушок, Е. М. Массоперенос в процессах трения / Е. М. Макушок, Т. В. Калиновская, А. В. Белый. – Минск : Наука и техника, 1978. – 272 с. (47)

15. Павлов И. М. Теория прокатки. М., Металлургиздат, 1950. 610 с. (6)

16. Петерсон, Линг. Трение в процессах обработки металлов давлением. Проблемы трения и смазки. – М. : Мир, 1970. – № 4. – С. 1–8. (55)

17. Пластическое формоизменение металлов / Г. Я. Гун, П. И. Полухин, В. П. Полухин и др. – М. : Металлургия, 1968. – 416 с. (52)

18. Покрас, И. Б. Анализ контактного взаимодействия инструмента с заготовкой в процессах обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. – 1978. – № 4. – С. 6–9. (59)

19. Покрас, И. Б. Исследование эффективности действия смазок в процессах листовой штамповки с силовой интенсификацией / И. Б. Покрас, И. М. Жвик, В. Е. Смирнов // Производственно-технический бюллетень. – 1978. – № 4. – С. 32–35. (60)

20. Покрас И. Б. Флуктуационная модель адгезионной составляющей сил трения. – Физ. и хим. обраб. материалов, М, 1982, №5, с. 126 – 130. (32)

21. Рыкалин, Н. Н. Физические и химические проблемы соединения разнородных материалов / Н. Н. Рыкалин, М. Х. Шоршоров, Ю. Л. Красулин // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. – 1965. – № 1. – С. 29–36. (64)

22. Северденко В. П. Теория обработки металлов давлением. Минск, «Высшая школа», 1966. 223 с. (83)

23. Северденко В. П., Клубович В. В., Степаненко А. В. Обработка металлов давлением с ультразвуком. Минск, «Наука и техника», 1973. 70 с. (84)

24. Сегал, В. М. Вопросы трения при обработке металлов давлением // Машиноведение. – 1974. – № 2. – С. 96–102. (65)

25. Соколовский, В. В. Теория пластичности. – М. : Высш. шк., 1969. – 608 с. (71)

26. Степанский. – Кузнечно-штамповочное производство. – 1962. – № 3. – С. 3–8. (81)

27. Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки ме­таллов давлением, изд. 4-е. «Машиностроение», 1977, 423 с. (51)

28. Тарновский, И. Я. Контактные напряжения при пластической деформации / И. Я. Тарновский, А. Н. Леванов, М. И. Поксеваткин. – М. : Металлургия, 1966. – 280 с. (75)

29. Трепнел, Б. Хемосорбция. – М. : Изд-во иностр. лит., 1958. – 328 с. (77)

30. Унксов Е. П. Инженерные методы расчета усилий при обработке метал­лов давлением. М., Машгиз, 1955. 230 с. (108)

31. Унксов Е. П. Инженерная теория пластичности. Методы расчета усилий деформирования. М., Машгиз, 1959. 328 с. (109)

32. Унксов, Е. П. К расчету процесса прессования биметаллических труб / Е. П. Унксов, Л. Г. Reduction von Eigenspannungen durch Vibration // Technik und Betrieb, 25. – № 7–8. – S. 194–196. (93)

33. Харач, Г. М. Об определении характеристик микрогеометрии поверхности со случайной шероховатостью при расчетах трения и износа / Г. М. Харач, П. И. Экслер // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. – М. : Наука, 1971. – 169 с.

34. Целиков, А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. – М. : Металлургиздат, 1962. – 494 с. (84)

35. Чертавских А. К. Трение и смазка при обработке металлов давлением. М., Металлургиздат, 1955. 176 с. (116)

36. Чиганков, Ю. М. Прокатываемость стали и сплавов. – М. : Металлургиздат, 1961. – 451 с. (86)

37. Шофман Л. А. Элементы теории холодной штамповки. М., Оборонгиз, 1952. 335 с. (120)

38. Lowen Y. Untersuchungen uber Art und Grosse der Reibung Beim Schmie­den, Industrie-Anzeiger 1972, Bd. 94, N 11, S. 238—240. (134)









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


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.