Особенности контактного трения

12

мая

Новости
Особенности контактного трения


Особенности контактного тренияРис. 1. Схема образования поля среза.

Поверхности волочильного инструмента и деформируемого изделия не являются идеально гладкими и монолитными. На них имеется большое количество беспорядочно рассеянных микропустот, микровпадин и выступов. При соприкосновении таких поверхностей происходит их взаимное защемление. Приложение к контактирующим телам сжимающей силы приводит к внедрению микровыступов в микровпадины (рис. 1).

Если к рассматриваемым на схеме телам приложить силу Т, достаточную для возникновения их взаимного перемещения в направлении, перпендикулярном к действию сжимающих сил N, то при этом перемещении будут происходить деформация и срез менее прочных выступов более прочными, повышение температуры контактного слоя за счет тепла деформации и среза, изменение структуры контактного слоя вследствие совместного влияния деформации и повышения температуры. На рис. 1 видно, что проекция поверхностей зацепления, по которым происходит срез (поле среза 1), составляет только часть общей поверхности соприкосновения, называемой полем трения 2, т. е. поля.

Fср<Fполя

Главным фактором, определяющим величину Fср, является нормальная сила, действующая на трущуюся пару. С увеличением силы N повышается глубина внедрения выступов одного тела во впадины другого, вследствие чего Fср растет. На величину Fср оказывает также влияние температура в зоне контакта. При повышении температуры сопротивление деформации менее прочного тела, каким при волочении является деформируемое изделие, снижается сильнее, чем более прочного тела — инструмента, вследствие чего микровыступы на поверхности инструмента более глубоко внедряются во впадины на поверхности изделия, и Fср увеличивается. Кроме того, на величину Fср влияет степень шероховатости поверхности, особенно более прочного тела трущейся пары. С повышением степени шероховатости, т.е. количества выступов и их высоты, Fср также увеличивается.

Факторы, повышающие величину поверхности среза, приводят к увеличению силы трения и, как следствие, к увеличению общей силы волочения и к необходимости уменьшения степени деформации за переход. Изложенное показывает, что трение протягиваемого металла о поверхность волочильного канала затрудняет процесс волочения, поэтому постоянно проводятся работы, направленные на уменьшение сил трения.

Как было показано ранее, это достигается повышением твердости материала волок, тщательной шлифовкой и полировкой поверхности волочильного канала, специальной предварительной обработкой поверхности протягиваемого изделия, использованием активных высококонсистентных смазок и волок с малыми углами образующей рабочего конуса с целью уменьшения выдавливания смазки из рабочей зоны в процессе волочения, а также использованием противонатяжения для уменьшения давления металла на стенки канала волоки. Однако все эти меры не позволяют создать между волокой и протягиваемым изделием стабильных условий жидкостного трения, на что указывает присутствие в отработанной смазке иногда значительного количества металлической пыли, отделившейся от поверхности протягиваемого металла, а также износ волочильного инструмента.

В обычных процессах волочения протягиваемое изделие перед входом в волочильный канал проходит через объем смазки, находящийся под атмосферным давлением. При этом смазка вводится в деформационную зону без дополнительного внешнего воздействия, только благодаря сцеплению с протягиваемым металлом. Одновременно вследствие значительных давлений металла на стенки волочильного канала большая часть смазки отгоняется, смазочная пленка резко утоняется, а в некоторых местах разрывается, и трение становится граничным или даже полусухим. Как указывалось ранее , отгон смазки и соответствующее утонение смазочной пленки проявляются тем значительнее, чем больше угол наклона образующей канала волоки.

При волочении труб на закрепленной цилиндрической и самоустанавливающейся оправках большое значение имеет трение по внутренней поверхности трубы. Здесь затягивание смазки в деформационную зону осуществляется и трубой, и оправкой. Отгон смазки при волочении на самоустанавливающейся оправке несколько меньше, чем при волочении на цилиндрической короткой оправке. Это объясняется спецификой цилиндро-конической формы самоустанавливающейся оправки, угол наклона образующей конической части которой незначительно отличается от угла наклона образующей волоки. В результате между внутренней поверхностью трубы и конической частью оправки создается узкий клиновой зазор, иногда называемый смазочным клином, выдавливание смазки из которого затруднено. Поэтому, несмотря на то что контактная поверхность по внутреннему контуру трубы при волочении на самоустанавливающейся оправке больше, чем на закрепленной цилиндрической, сила волочения в первом случае несколько меньше, чем во втором (на 5—15 %). Однако и в этом случае не удается обеспечить на внутренней поверхности трубы стабильных условий жидкостного трения. Для создания жидкостного трения необходимо, чтобы смазка подавалась в волочильный канал под давлением, примерно равным величине сопротивления деформации металла перед волочением. Это достигается гидродинамической подачей смазки, состоящей в следующем. Перед волокой устанавливают напорную насадку, в которую с очень малым зазором (не более 0,2-0,3 мм) протягивается металл. Вследствие малой величины зазора и большой вязкости смазки в зазоре между насадкой и проволокой, постоянно нагнетающей смазку, создается высокое давление смазки, которое увеличивается по длине насадки и достигает максимального значения перед входом в волоку. Проведенные исследования показали, что давление смазки перед волокой тем выше, чем меньше зазор между протягиваемым металлом и насадкой, чем больше длина насадки и скорость волочения и чем выше вязкость смазки. Вследствие высокого давления смазки в насадке выдавливание ее из волоки в насадку в процессе волочения исключено. Это обеспечивает слой смазки между волокой и протягиваемым металлом до 0,03 мм.

Особенности контактного тренияРис. 2. Конструкция инструмента с насадкой, заключенной между двумя волоками:

1 — напорная волока;
2 — корпус;
3 — уплотняющая шайба:
4 — насадка;
5 — крышка (стрелкой показано направление волочения);
6 — рабочая волока

Исследования, проведенные В.Л. Колмогоровым с сотрудниками, позволили усовершенствовать инструмент для волочения с гидродинамической подачей смазки. В первом варианте усовершенствованной конструкции (рис. 2) использована короткая насадка (длиной 50—70 мм), заключенная между двумя волоками: рабочей и напорной. Напорная волока, кроме запирания насадки, выполняет функцию калибровки заготовки, поступающей в насадку, и таким образом обеспечивает строгий зазор между внутренней поверхностью насадки и заготовкой. Особенно большое значение это имеет для осуществления первого перехода при обработке катанки, имеющей большие отклонения диаметра от номинальных значений.

Применение инструмента этой конструкции при волочении проволоки из никелевых сплавов позволило уменьшить износ волок в 2-4 раза. Еще более эффективными оказались насадки с коническим внутренним каналом, которые позволили увеличить давление смазки в канале волок и уменьшить их износ в 5,5—6 раз.

Особенности контактного тренияРис. 3. Сборная волока:

1 — рабочая волока;
2 — напорная волока;
3 — коническая втулка;
4 — корпус;
5 — накидная гайка;
6 — уплотнительное кольцо;
7 — нажимная шайба (стрелкой показано направление волочения)


Второй вариант усовершенствованной конструкции инструмента - так называемая сборная волока (рис. 2) — из напорной и рабочей волок. Данная конструкция позволила отказаться от напорной насадки и благодаря этому упростить инструмент и повысить его работоспособность. Применение такого инструмента при волочении проволоки из сплавов хромель, алюмель и некоторых других дает возможность уменьшить расход твердосплавного инструмента более чем в 5 раз и повысить производительность волочильных станов.

Исследования, проведенные В.Я. Осадчим с сотрудниками, показали, что сборные волоки могут быть эффективно применены и при волочении титановых сплавов. Так, при волочении в сборные волоки проволоки из технического титана ВТ1-00 с использованием твердых порошковых смазок сила волочения по сравнению с волочением в обычные волоки уменьшалась тем значительнее, чем выше скорость волочения. При скорости 3 м/с разница усилий составила 50 %. Применение сборных волок позволило осуществить многократное волочение проволоки ВТ1-00 без промежуточного отжига от диаметра 8 до 2,8 мм.

Все изложенное показывает эффективность волочения с жидкостным трением, обеспечиваемым гидродинамической подачей смазки.

Однако использование высококонсистентных смазок, обеспечивающих жидкостное трение, имеет некоторые недостатки. Так, при этом процессе поверхность протягиваемого изделия получается матовой и не обеспечивается его интенсивное охлаждение. Поэтому в ряде случаев, особенно для получения изделий малой толщины, применяют волочение с граничным трением, используя низкоконсистентные смазки.

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.