13. Трение при пластической деформации

При обработке давлением металл в очаге деформации соприкасается с обрабатывающим инструментом. Металл скользит по поверхности инструмента, в результате чего возникают силы контактного или внешнего трения, которые затрудняют скольжение.

Трение при обработке давлением отличается от контактного трения в узлах машин. Оно характеризуется такими особенностями:

1) наличием высоких давлений, достигающих 200 мПа

2) обновлением трущихся поверхностей

3) высокой температурой при горячей обработке.

Рис 13.1. Схемы зон затрудненной деформации при осадке

В результате действия сил контактного трения возникают области затрудненной деформации, т.е. возникает неоднородность деформации, которая влечет за собой неоднородность напряженного состояния, появление остаточных напряжений, различие свойств металла в различных сечениях (рис. 13.1).

Контактное трение в 2 3 раза увеличивает усилие, необходимое для того, чтобы продеформировать металл до заданной степени деформации.

Трение снижает стойкость инструмента из-за непосредственного износа контактной поверхности и вследствие дополнительного нагрева поверхности, а также из-за увеличения напряжения в связи с ростом деформирующего усилия.

За исключением отдельных операций (прокатка, вальцовка) трение является вредным фактором.

При обработке давлением обычно наблюдается два вида трения: полусухое трение и жидкостное трение.

При полусухом трении между поверхностями находятся сплошные пленки смазочных масел, и трение определяется поверхностными связями молекул трущихся тел.

При жидкостном трении между поверхностями находится достаточно толстый слой смазки и основную роль приобретает внутреннее трение частиц жидкой разделяющей среды. Этот вид трения проявляется лишь на начальном этапе обработки, когда давления невелики. По мере нарастания давления смазка выдавливается в зазоры и устанавливается полусухое трение.

Большое влияние на коэффициент трения имеет состояние поверхности рабочего инструмента. Чем выше качество обработки, тем меньше величина трения.

В зависимости от направления скольжения металла по отношению к направлению обработки коэффициент трения имеет различную величину. Коэффициент трения поперек направления обработки шлифовкой на 20 % больше, чем вдоль направления обработки. Это явление называют анизотропией трения, и оно приводит к искажению формы трущейся поверхности (рис. 13.2).

14. Смазки в омд и требования к ним

Для снижения трения применяют смазки. Рационально выбранная смазка уменьшает коэффициент трения в несколько раз. Смазка должна обладать следующими свойствами.

1) образовывать прочную смазочною пленку

2) хорошо прилипать к поверхностям контакта

3) расплавляться и не выгорать при нагреве металла

4) легко удаляться после обработки.

5) Не содержать токсичных или вредных для окружающей среды веществ.

При холодной обработке давлением применяются различные масла или смеси, в состав которых входят минеральные масла, растительные и животные жиры, поверхностно активные присадки (олсиновая кислота), нейтральные наполнители – графит, тальк. Для повышения эффективности смазок особенно при высоких нагрузках (холодная объемная штамповка), помимо смазки применяют гальванические покрытия заготовок (фосфатирование, омеднение).

При горячей обработке применяют минеральные масла с графитом, мазут, коллоидный графит, жидкое стекло, дисульфид молибдена.

В целях упрощения расчетов операций обработки металлов давлением действие трения на контактные поверхности задают граничными условиями. При этом рассматривают следующие случаи:

1) Касательные напряжения от сил трения пропорциональны нормальным напряжениям

(14.1)

Такие граничные условия принимаются при расчете процессов волочения, прокатки с небольшими обжатиями, осадке высоких заготовок, вытяжке листа, обжиме, отбортовке листа и трубных заготовок.

2) Касательные напряжения пропорциональны сопротивлению деформированию.

где - предел текучести (14.2)

Эти условия принимаются при холодной объемной штамповке, прокатке листов с большими обжатиями, горячей объемной штамповке легких сплавов.

3) Касательные напряжения достигают максимальной величины (прилипание инструмента к металлу и скольжение идет за счет смещения слоев самой заготовки)

(14.3)

Принимаются при горячей осадке, объемной штамповке и прессовании с малоэффективными смазками.