Пластическая деформация
Строение металлов
Холодная пластическая деформация монокристалла
Элементы теории дислокаций
Движение дислокации и пере ползание дислокации
Вектор Бюргерса
Возникновение и размножение дислокаций
Силовые поля
Холодная пластическая деформация поликристалла
Равенство деформаций
Упрочнение при холодной деформации
Кривые упрочнения
Влияние температуры и скорости деформации
Виды деформации при обработке металлов давлением
Влияние температуры на сопротивление деформированию
Влияние горячей деформации на свойства металла
Условие постоянства объема
Степень деформации и смещенный объем
Влияние скорости деформации на пластичность
Сверх пластичность
Напряжения
Напряжения в координатных площадях
Напряжения в наклонной площадке
Понятие о тензоре напряжений
Главные касательные напряжения
Диаграмма напряжений Мора
Условия равновесия для объемного напряженного состояния
Осесимметричное напряженное состояние
Плоское напряженное состояние
Малые деформации и скорость деформаций
Неразрывность деформаций
Однородная деформация
Условие пластичности
Смысл энергетического условия пластичности
Связь между напряжениями и деформациями
Механическая схема деформации
Схемы главных напряжений
Принцип подобия
Контактное трение
Характер нагрузки
Принцип наименьшего сопротивления
Неравномерность деформаций
Методы определения деформирующих усилий
Решение дифференциальных уравнений
Основы метода расчета деформирующих усилий
Метод линий скольжения
Свойства линий скольжения
Характеристики
Методы графического построения
Жесткопластическая схема
Связь полей линий скольжения с полями скоростей
Построение годографа скоростей
Понятие о методе верхней оценки
Метод сопротивления материалов
Метод баланса работ
Понятие о пластическом методе
Краткое сопоставление различных методов
Осадка
Удельное усилие
Осадка правильной призмы и цилиндра
Осадка полосы конечной длины
Неоднородность деформации при осадке
Толстостенная труба под равномерным давлением
Протяжка
Протяжка заготовки круглого сечения
Выдавливание
Удельное усилие деформирования
Объемная штамповка в открытых штампах
Удельное усилие деформирования заусенца
Элементы штамповки в закрытых штампах
Скручивание
Уравнения равновесия
Дальнейшее увеличение кривизны
Вытяжка

Контактное трение при пластическом деформировании

Особенности пластического трения
 Подавляющее число операций обработки металлов давлением осуществляется в условиях соприкосновения обрабатываемого металла с давящим инструментом. При этом частицы деформируемого металла скользят по поверхности инструмента, в результате чего возникают силы контактного трения, затрудняющие это скольжение.
 Трение при обработке металлов давлением, за исключением отдельных операций, когда оно играет активную роль (например, прокатка, вальцовка, некоторые операции листовой штамповки и др.), является вредным фактором.
 1. Контактное трение ведет к возникновению неоднородности деформации или усиливает эту неоднородность, если последняя определяется самим характером осуществляемой операции. Это объясняется тем, что в каждой точке поверхности контакта возбуждаются элементарные касательные силы трения, что вызывает появление касательных напряжений на контактных поверхностях деформируемого тела, направленных противоположно направлению скольжения металла относительно поверхности инструмента в каждой данной точке. В результате может измениться и сама схема напряженного состояния. Например, наличие сил трения при осадке создает объемную схему напряжений, в то время как при отсутствии трения напряженное состояние было бы линейным. Действие трения от контактных поверхностей распространяется в глубину деформируемого тела, и создаются зоны затрудненной деформации. Неоднородность деформации нарушает идентичность условий протекания упрочняющих и разупрочняющих процессов в объеме тела, в результате чего может возникать неоднородность металла (различная степень упрочнения по объему поковки, различная величина зерна и т. п.).
 2. Контактное трение в конечном итоге преодолевается активной нагрузкой. Следовательно, контактное трение увеличивает необходимое деформирующее усилие и работу деформации. Увеличение усилия бывает весьма заметным— в несколько раз.
 3. Контактное трение снижает стойкость инструмента как в результате непосредственного износа контактной поверхности, так и вследствие дополнительного нагрева поверхности и увеличения напряжений в связи с ростом деформирующего усилия.
 4. Контактное трение вызывает необходимость применения технологических смазок. Это усложняет технологический процесс, а также иногда требует предварительной обработки исходного материала (например, нанесения пластмассовых пленок, фосфатирования). Трение при пластическом деформировании существенно отличается от трения скольжения в кинематических парах. Большое внимание особенностям пластического трения. И. М. Павлов, которым и сформулированы основные отличия его от непластического («машинного») трения, излагаемые далее. В кинематических парах давление между соприкасающимися поверхностями относительно мало, и последние находятся в упругом деформированном состоянии. При пластическом деформировании поверхность инструмента деформирована упруго, а обрабатываемое тело деформируется пластически, его поверхность подвергается смятию и стремится принять форму поверхности инструмента.
 В результате действительная (фактическая) площадь контакта пластически деформируемой заготовки с инструментом увеличивается с повышением степени деформации, а равно и при выполнении процессов с высоким сжимающим средним нормальным напряжением. При этом действительная площадь контакта необратимо приближается к номинальной, т. е. к геометрической площади трущихся поверхностей. Так, например, эксперименты на сжатие в контейнере холодных образцов из чистого алюминия показали, что при давлении, превышающем предел текучести в 4 раза, значение действительной площади контакта составляет 95% от номинальной при отсутствии смазки, 55% — при смазке минеральным маслом и 25% — касторовым маслом. Понятно, что действительная площадь контакта при горячей деформации растет более интенсивно.
 В кинематических парах происходит износ и приработка трущихся поверхностей с механическим отделением продуктов износа. При пластическом деформировании главное значение имеет непрерывное «обновление» поверхности контакта деформируемого тела, так как в процессе деформации на эту поверхность непрерывно поступают из глубины новые частицы металла.
 При обработке металлов давлением трущиеся поверхности, особенно при горячей обработке, нагреты до температур значительно более высоких, чем обычные кинематические пары.
 Значительное влияние вместе с тем имеет окалина как образовавшаяся при нагреве, так и возникающая во время самой горячей обработки давлением, а также поверхностные окислы при обработке без нагрева. В последнем случае на условия трения также влияет деформационное упрочнение металла. И. М. Павлов указывает, что существенным является также то, что движение частиц пластически деформируемого тела по поверхности контакта в общем случае происходит одновременно в разных направлениях, причем это сложное движение обладает реальной физической основой [64]. Факторы, влияющие на величину сил контактного трения На величину возникающих на поверхности контакта элементарных сил трения при пластическом деформировании влияет ряд факторов: состояние поверхности давящего инструмента, состояние поверхности обрабатываемого тела, химический состав обрабатываемого сплава, температура деформации, скорость деформирования и характер приложения нагрузки.
 Состояние поверхности рабочего инструмент а является существенным фактором, влияющим на величину сил контактного трения. Понятно, что чем выше качество обработки поверхности инструмента, тем меньше при прочих равных условиях силы трения. Влияние обработки настолько значительно, что величина сил трения различна в зависимости от направления скольжения металла по отношению к направлению обработки. Этот факт, исследованный И. М. Павловым, назван анизотропией трения. Даже при обработке инструмента двойным шлифованием и при наличии смазки силы трения поперек направления обработки примерно на 20% больше, чем вдоль направления обработки. При отсутствии смазки и при грубой обработке инструмента анизотропия трения сказывается еще резче.
 В. П. Северденко совместно с А. В. Степаненко, изучая анизотропию трения, установили, что при работе на грузообработанном инструменте анизотропия трения достигает 65%. Применение же смазки снижает анизотропию трения, однако эффект смазки уменьшается с увеличением шероховатости инструмента. Анизотропия трения в интервале температур 20—800р С для стали и 20—400° С для алюминия уменьшается с ростом температуры [831.
 Анизотропия трения может вызывать искажение формы тела при пластическом деформировании. Так, например, при осадке М. В. Сторожев цилиндра в результате анизотропии трения поверхности контакта  из круглых могут превратиться в эллиптические. Вид обработки контактной поверхности деформируемого тела, по мнению Е. П. Унксова, имеет значение лишь в начальный момент деформации. При ее дальнейшем развитии контактная поверхность деформируемого металла сглаживается и «становится как бы отпечатком поверхности инструмента ».
 Существенное влияние на трение [108, 109] оказывает физико-химическое состояние поверхности. Однако, несмотря на значительное количество исследований, полной ясности в этом вопросе еще нет. Из работ А. К. Чертавских [116], К. Н. Кана и др. следует, что в случае холодной деформации при тщательной очистке контактной поверхности образцов от окислов и загрязнений трение достигает значительной величины, вплоть до того, что происходит схватывание трущихся металлов. Трение становится минимальным при некоторой определенной толщине (весьма малой) пленки окислов, а затем при увеличении толщины пленки увеличивается. Особенно вредны пленки хрупких окислов, например окалины при горячей деформации стали, которая не только увеличивает трение, но и может служить причиной различных дефектов поверхности поковки, внедряясь в металл.
 Экспериментальные исследования о влияни и химиче ского состава деформируемого сплава на трение пока не дают согласных результатов. Так, по опытам Л. А. Шофмана [120], при холодной осадке без смазки при полированной поверхности инструмента трение оказалось минимальным для стали, максимальным для дюралюминия, промежуточным по величине для меди.
 По данным С. И. Губкина [12], для деформации без смазки при температурах меньших 0,5 Тпл уменьшение сил трения соответствует следующему порядку сплавов: сталь и алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, тяжелые цветные сплавы, жаростойкие цветные сплавы. Весьма вероятно, что некоторое различие опытных данных является результатом неидентичного физико-химического состояния поверхности испытуемых образцов, и это последнее играет большую роль, чем химический состав сплава.
 Температура деформации является важнейшим фактором, влияющим на трение. При холодной деформации трение наименьшее. С повышением температуры трение растет, достигая максимума в некотором интервале температур.




 
Яндекс.Метрика