88889.ru

Отделка плиткой и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сила трения скольжения

Сила трения скольжения

Сила трения скольжения — сила, возникающая между соприкасающимися телами при их относительном движении.

Опытным путём установлено, что сила трения зависит от силы давления тел друг на друга (силы реакции опоры), от материалов трущихся поверхностей, от скорости относительного движения, но не зависит от площади соприкосновения [1] .

Силами трения называются тангенциальные взаимодействия между соприкасающимися телами, возникающие при их относительном перемещении.

Опыты с движением различных соприкасающихся тел (твёрдых по твёрдым, твёрдых в жидкости или газе, жидких в газе и т. п.) с различным состоянием поверхностей соприкосновения показывают, что силы трения проявляются при относительном перемещении соприкасающихся тел и направлены против вектора относительной скорости тангенциально к поверхности соприкосновения. При этом всегда в большей или меньшей степени происходит преобразование механического движения в другие формы движения материи — чаще всего в тепловую форму движения, и происходит нагревание взаимодействующих тел.

Содержание

Независимость от площади [ править | править код ]

Так как никакое тело не является абсолютно ровным, сила трения не зависит от площади соприкосновения, и истинная площадь соприкосновения гораздо меньше наблюдаемой. На самом деле, площадь соприкосновения, казалось бы, ровных поверхностей может находиться в пределах 0 , 01 % − 0 , 001 % от всей мнимой площади соприкосновения. [2] А в случае поверхностей максимально гладких начинает возникать межмолекулярное притяжение.

Обычно это демонстрируется примером:

Два цилиндра из мягких металлов соединяют плоскими частями, а затем с легкостью отрывают. После этого два цилиндра соединяют и немного двигают относительно друг друга. При этом все неровности поверхности притираются друг к другу, образуя максимальную площадь соприкосновения: появляются силы межмолекулярного притяжения. А после разъединить эти два цилиндра становится очень сложно.

Типы трения скольжения [ править | править код ]

Если между телами отсутствует жидкая или газообразная прослойка (смазочный материал), то такое трение называется сухим. В противном случае, трение называется «жидким». Характерной отличительной чертой сухого трения является наличие трения покоя.

По физике взаимодействия трение скольжения принято разделять на:

  • Сухое, когда взаимодействующие твёрдые тела не разделены никакими дополнительными слоями/смазочными материалами — очень редко встречающийся на практике случай. Характерная отличительная черта сухого трения — наличие значительной силы трения покоя;
  • Сухое с сухой смазкой (графитовым порошком);
  • Жидкостное, при взаимодействии тел, разделённых слоем жидкости или газа (смазочного материала) различной толщины — как правило, встречается при трении качения, когда твёрдые тела погружены в жидкость;
  • Смешанное, когда область контакта содержит участки сухого и жидкостного трения;
  • Граничное, когда в области контакта могут содержаться слои и участки различной природы (оксидные плёнки, жидкость и т. д.) — наиболее распространённый случай при трении скольжения;

Также можно классифицировать трение по его области. Силы трения, возникающие при относительном перемещении различных тел, называются силами внешнего трения. Силы трения возникают и при относительном перемещении частей одного и того же тела. Трение между слоями одного и того же тела называется внутренним трением.

Измерение [ править | править код ]

В связи со сложностью физико-химических процессов, протекающих в зоне фрикционного взаимодействия, процессы трения принципиально не поддаются описанию с помощью методов классической механики. Поэтому нет точной формулы для коэффициента трения. Его оценка производится на основе эмпирических данных: так как по первому закону Ньютона тело движется равномерно и прямолинейно, когда внешняя сила уравновешивает возникающую при движении силу трения, то для измерения действующей на тело силы трения достаточно измерить силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось без ускорения.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Предельная скорость захвата определяется коэффициентом трения металла о валки, который снижается с увеличением скорости. Скорость выброса не может быть слишком низкой, так как, если продолжительность паузы определяется временем работы вспомогательного механизма, например нажимного устройства, чрезмерное снижение скорости выброса приводит к уменьшению производительности стана.  [5]

Предельная скорость захвата определяется коэффициентом трения металла о валки, который снижается с увеличением скорости. Скорость выброса не может быть слишком низкой. Если продолжительность паузы определяется временем работы вспомогательного механизма, например нажимного устройства, чрезмерное снижение скорости выброса приводит к уменьшению производительности стана. Меньшие значения принимаются для первых пропусков, большие — для последующих. Примерно в тех же пределах меняется и частота вращения привода при выбросе. При последнем пропуске выброс слитка производится на скорости прокатки.  [6]

Плохая смазка оправок, изменяя коэффициент трения металла по оправке, приводит к отклонению фактического натяжения от принятого и также может привести к переполнению калибров.  [7]

Указанными причинами объясняются малые величины коэффициентов трения металла по графиту.  [8]

Следует отметить, что хотя с понижением температуры коэффициент трения металла о валки увеличивается, все же сопротивление оправки возрастает более интенсивно, вызывая увеличение осевого скольжения.  [10]

Обладая высокой смазочной способностью, эмульсия значительно снижает коэффициент трения металла о горную породу, и при малых зазорах бурильный вал работает в скважине как на подшипниках. Более широкому применению эмульсии при бурении препятствует появление значительных водопритоков в некоторых скважинах, вследствие чего концентрация раствора резко падает и требуется постоянно готовить новый эмульсионный раствор.  [11]

С целью определения коэффициентов трения полимерных материалов и сравнения их значений со значениями коэффициентов трения металлов , из полимерных материалов была изготовлена облицовка направляющих, которая подвергалась испытаниям в условиях, сравнимых с условиями работы металлических направляющих.  [12]

Машина типа МДП-1 ( изготавливает Ивановский ЗИП) для определения интенсивности изнашивания а коэффициентов трения металлов пластмасс на пальчиковых образцах, установленных под углом 120 друг к другу в цанговых зажимах.  [13]

Читайте так же:
Дорожка между грядками кирпичей

С увеличением скорости возрастает усилие, с которым штамп воздействует на поковку при ударе, уменьшается коэффициент трения металла поковки о стенки штампа, что способствует лучшему заполнению гравюры штампа, сокращается время силового контакта штампа с поковкой, что важно для уменьшения передачи теплоты от поковки к штампу, для повышения стойкости штампов. Вместе с тем возрастает сопротивление металла деформированию, увеличиваются напряжения, которые испытывают детали молота, и прежде всего шток, детали штампов, усиливаются вибрации системы и шум при ударе, уменьшается надежность.  [14]

Из сравнения коэффициентов трения следует, что при очень маленьких скоростях движения ( трение приближается к статическому) коэффициенты полусухого трения полимерных материалов несколько больше коэффициентов трения металлов ; исключение — политетрафторэтилен ( тефлон), коэффициент трения которого значительно меньший. С увеличением скорости трение переходит в полужидкостное, и коэффициенты трения всех материалов намного уменьшаются, причем коэффициенты полимерных материалов становятся очень небольшими. Проводимые в течение нескольких лет в СССР в институте ЭНИМС исследования коэффициентов трения различных антифрикционных материалов показали, что эти коэффициенты имеют близкие значения. Силу трения, действующую на подвижную плиту, измеряли динамометром, соединяющим две части канатика; постоянная динамометра 17 9 кГ / мм. Рабочие поверхности были зачищены, но не притерты. Результаты экспериментов приведены в табл. X. Следует подчеркнуть, что результаты исследований коэффициентов трения пластических масс, проведенные различными лабораториями, значительно отличаются, так как они выполнены в различных условиях.  [15]

Коэффициент трения f между поверхностями различных материалов

(для студентов: института компьютерных систем и информационных технологий, факультета естественных наук (физика, прикладная физика, гидрология), института инженерной механики, факультета транспортных технологий и логистики кроме (специалистов подвижного состава железных дорог).

Тема: Оценка устойчивости работы объекта экономики к воздействию ударной волны взрыва газовоздушной смеси Пример выполнения задачи 2

Исходные данные:

емкость с углеводородным газом (Q)=7 т;

расстояние от емкости до объекта (r3)=270 м.

Оборудование и содержание объекта экономики:

-массивное промышленное здание;

аппаратуры программного управления;

электродвигатели мощностью 10 кВт;

кабельные наземные линии;

1. Оценить устойчивость работы объекта экономики к действию ударной волны взрыва газовоздушной смеси.

2. Составить таблицу результатов оценки устойчивости объекта экономики к действию ударной волны взрыва.

3. В выбранном масштабе начертить схему зоны очага взрыва газовоздушной смеси с указанием в ней объекта экономики.

1. Определяем радиус зоны детонационной волны по формуле:

2. Находим радиус зоны действия продуктов взрыва по формуле:

3. Определяем положение объекта в зонах очага взрыва путем сравнения расстояния от емкости с газом с радиусами зон очага взрыва (рис. 1).

Рис. 1 Положение объекта экономики в очаге взрыва газовоздушной смеси:

1-зона детонационной волны r1

2-зона действия продуктов взрыва радиусом r2

З-зона воздушной ударной волны радиусом r3

Так как r3> r1 и > r2, делаем вывод, что объект экономики находится в зоне действия воздушной ударной волны r3 (3 зона).

4. Рассчитываем относительную величину Ψ по формуле:

5. Рассчитываем избыточное давление воздушной ударной волны для ІІІ зоны при Ψ<2 за формулой:

Примечание. Если относительная величина Ψ2, то избыточное давление для Р3 определяем по формуле:

6.3аносим в таблицу 1 «Результаты оценки устойчивости объекта экономики к воздействию ударной волны взрыва газовоздушной смеси», основные элементы объекта указаны в исходных данных.

7. Согласно таблице 2 «Степени разрушения элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны», находим для каждого элемента избыточное давление, которое вызывает слабые, средние, сильные и полные разрушения и прямоугольниками с угловой штриховкам заполняем таблицу 1.

8. Определяем предел устойчивости каждого элемента объекта, принимая за предел устойчивости нижний предел средних разрушений.

9. Определяем предел устойчивости объекта экономики, за который принимается минимальный предел устойчивости одного из элементов:

10. Определяем степень разрушения объекта экономики при ожидаемом избыточном давлении Рmах =17,3 кПа, проводя вертикальную линию через 17,3 кПа.

Слабые разрушения получат:

— массивное промышленное здание, технологические трубопроводы, кабельные наземные линии.

Сильные разрушения получат:

— аппаратуры программного управления.

Средних и полных разрушений нет.

Выводы:

объект экономики оказался в зоне средних разрушений;

объект экономики неустойчивый к ударной волне взрыва ГВС, так как Рmax=17,3 кПа, а устойчивость объекта Рlіт = 12 кПа;

так как граница стойкости большинства элементов 30 кПа, а ожидаемое избыточное давление при взрыве ГВС ΔРmах=17,3 кПа, целесообразно повысить предел устойчивости слабых элементов до 30 кПа;

для повышения устойчивости объекта экономики к воздействию ударной волны взрыва газовоздушной смеси необходимо повысить устойчивость слабых элементов путем проведения инженерно-технических и технологических мероприятий.

11. Инженерно технические мероприятия:

— в помещении с аппаратурой программного управления установить от потолка 1-1,5 м. металлическую сетку для защиты от вторичных поражающих факторов, создать запас наиболее уязвимых узлов и деталей;

— кабельные наземные линии углубить под землей на 30-50 см;

— при реконструкции или капитальном ремонте спланировать рациональную компоновку технологического оборудования.

12. Технологические мероприятия:

— на период восстановительных работ предусмотреть разработку нового технологического процесса без использования аппаратуры программного управления.

Заблаговременное проведение инженерно-технических и технологических мероприятий позволит повысить устойчивость работы объекта при аварии на производстве, связанное со взрывом ГВС, а своевременное оповещение производственного персонала об аварии позволит быстро укрыться в защитном сооружении и обеспечить его надежную защиту.

Школа капитана Шмелева "Трение и его роль в креплении грузов"

Когда еще в 2004 году я читал лекцию для литовских перевозчиков и дошел до объяснения роли трения, страховщик, который организовал эту лекцию, воскликнул: “Я знаю, как избежать этих глупых убытков: надо в каждую машину раздать по несколько ковриков противоскольжения!». Надеюсь, что и читатель поймет всю важность трения, прочитав эту статью, и примет соответствующие меры.

Читайте так же:
Как сделать кирпич без глины

1. Теория. Классификация основных видов трения

При соприкосновении движущихся (или приходящих в движение) тел с другими телами, а также с частицами вещества окружающей среды возникают силы, препятствующие такому движению. Эти силы называют силами трения. Действие сил трения всегда сопровождается превращением механической энергии во внутреннюю и вызывает нагревание тел и окружающей их среды.

Существует внешнее и внутреннее трение, иначе называемое вязкостью. Внешним называют такой вид трения, при котором в местах соприкосновения твердых тел возникают силы, затрудняющие взаимное перемещение тел и направленные по касательной к их поверхностям.

Внутренним трением (вязкостью) называется вид трения, состоящий в том, что при взаимном перемещении слоев жидкости или газа между ними возникают касательные силы, препятствующие такому перемещению. В креплении грузов этот вид трения рассматривается только при исследовании современных прокладочных материалов, изготовленных из резины и полимеров. В данной статье мы не будем детально рассматривать внутреннее трение.

Внешнее трение подразделяют на трение покоя (статическое трение) и кинематическое трение. Трение покоя возникает между неподвижными твердыми телами, когда какое-либо из них пытаются сдвинуть с места. Кинематическое трение существует между взаимно соприкасающимися движущимися твердыми телами. Кинематическое трение, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения.

Трение покоя

Наблюдения показывают, что сила трения покоя всегда направлена противоположно действующей на тело внешней силе, стремящейся привести это тело в движение. До определенного момента сила трения покоя увеличивается с возрастанием внешней силы, уравновешивая последнюю.

По третьему закону Ньютона сила FG давления тела на опору равна по модулю силе FN реакции опоры. Поэтому максимальная сила трения покоя пропорциональна силе реакции опоры. Для модулей этих сил справедливо следующее соотношение:

где S — безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения покоя. Значение этого коэффициента зависит от материала и состояния трущихся поверхностей.

Считается, что в состоянии покоя между двумя телами существует притяжение на молекулярном уровне, которое исчезает после начала взаимного движения тел.

При расчетах необходимого крепления согласно «Руководству по укладке грузов в грузовые транспортные единицы» (ГТЕ) принимается к учету именно трение покоя.


Трение скольжения

Трение скольжения возникает при скольжении одного твердого тела по поверхности другого. Закон для трения скольжения имеет вид:

где FF — модуль силы трения скольжения; D — безразмерный коэффициент трения скольжения или динамический коэффициент трения; FN — модуль силы реакции опоры. Значение D зависит от того, из каких веществ изготовлены трущиеся поверхности и от качества их обработки. Если сделать поверхности более гладкими, значение D уменьшится. Однако уменьшать шероховатость поверхностей можно лишь до определенного предела, так как при очень гладких (например, полированных) поверхностях значение D вновь увеличивается. Происходит это потому, что молекулы тел с гладкими поверхностями близко подходят друг к другу и силы молекулярного притяжения между ними вызывают «прилипание» тел, препятствующее их скольжению.

Принято считать, что коэффициент трения скольжения равен 70 % коэффициента трения покоя. В какой-то степени это правильно для пар твердых материалов, таких как древесина, металлы и др., но исследования свойств полимерных материалов, увеличивающих трение, показали, что такая зависимость существует не всегда.

Стандарт EN 12195-1 “Устройства крепления груза на автомобилях. Часть 1: Расчет сил крепления” требует, чтобы к расчету принималось трение скольжения. В период транспортирования из-за вибрации грузовая единица совершает микроперемещения, молекулярное притяжение между грузом и грузовой платформой уже нарушено.

Трение качения

Трение качения возникает при качении (без скольжения) твердых тел круглой формы по поверхности других твердых тел. В креплении грузов данный вид трения рассматривается крайне редко. Рекомендуется блокировать колеса и колесики грузовых единиц и применять коэффициенты трения покоя и скольжения. Однако эффект трения качения следует учитывать, когда груз погружен в неподметенное транспортное средство на остатки груза, например гранулы или просто щепки. В этом случае возникает эффект качения, и коэффициент трения качения значительно меньше коэффициента трения скольжения и в некоторых случаях стремится к нулю.

Поэтому наиважнейшим вспомогательным средством крепления в арсенале водителя транспортного средства является щетка.

2. Основные формулы крепления

Условие несмещаемости груза

«Сумма сил трения и крепления равна или больше смещающей силы, возникающей при изменении условий движения (торможение, начало движения, поворот или смена полосы).

При блокировке это условие выглядит следующим образом:

FB + FF = FX, Y,

FX,Y — смещающая сила;

FF — сила трения;

FB — сила крепления, в данном случае — блокирующая сила.

FB + FF = FX, Y,

FB +  m cz g = m cx,yg,

m — масса груза;

g — ускорение свободного падения;

cx, cy, и cz — соответствующие коэффициенты ускорения;

— коэффициент трения.

Мы рассматриваем автомобильную транспортировку, где Cz = 1.
Таким образом, когда сила трения будет равна смещающей силе, т.е. когда соответствующие коэффициенты ускорения равны коэффициенту трения – нет необходимости в дополнительном креплении груза.
При креплении растяжками это условие выглядит следующим образом:
(иллюстрация из стандарта EN 12195-1)

Расчет по стандарту EN 12195-1
Крепление четырехтонного станка от смещения вперед 4 растяжками.
Вертикальный угол установки ремней a = 20 — 65º.
Горизонтальный угол установки ремней b = 6 — 55º.
Коэффициент ускорения CX = 0,8

Читайте так же:
Кирпич полуторный облицовочный лср

При коэффициенте трения  = 0,2 требуемая рабочая нагрузка растяжек LC = 4000 daN.

При коэффициенте трения  = 0,3 требуемая рабочая нагрузка растяжек LC = 2000 daN.

При коэффициенте трения  = 0,6 требуемая рабочая нагрузка растяжек LC = 750 daN.

При коэффициенте трения  = 0,8 требуемая рабочая нагрузка растяжек LC = 0. В креплении нет необходимости.

F — необходимая сила натяжения ремней;

m — масса груза;

g — ускорение свободного падения;

cx, cy, и cz — соответствующие коэффициенты ускорения;

 — вертикальный угол установки ремней;

Если мы посмотрим, как будет изменяться количество ремней при изменении коэффициента трения, то увидим, что трение является наиважнейшим элементом крепления.

Пример:
расчет по стандарту EN 12195-1.
Крепление четырехтонного станка от смещения вперед прижимными ремнями с прижимающей силой STF=250 daN.
Вертикальный угол установки ремней a = 60º.
Коэффициент ускорения CX = 0,8

При коэффициенте трения  = 0,3 требуемое количество ремней – 21 шт.

При коэффициенте трения  = 0,6 требуемое количество ремней – 5 шт.

При коэффициенте трения = 0,8 требуемое количество ремней – 0.

Другой пример иллюстрируется диаграммой компании Dolezych, которая иллюстрирует, как изменяется количество требуемых ремней с прижимающей силой STF = 750 daN при креплении груза весом 25 т.

О чем следует помнить всегда – о том, что трение само по себе не может являться единственным средством крепления. Всегда существует опасность, что на неровной дороге может исчезнуть сцепление груза и транспортного средства.

3. Основные способы увеличения коэффициента трения

1. Дооборудование кузова:

— установка специальных «зацепов», увеличивающих сцепление груза и настила грузовой платформы;

— покрытие настила кузова специальными составами, увеличивающими трение.

2. Использование специальных прокладок между грузом и настилом кузова:

— металлические шайбы с зубчиками;

— деревянные прокладки и другие материалы, увеличивающие коэффициент трения;

— специально изготовленные резиновые коврики с гарантированным коэффициентом трения.

Подкладочные материалы и прокладки, сделанные из материалов с повышенным коэффициентом трения, могут использоваться для увеличения трения между грузовой площадкой и грузом, а также между грузовыми ярусами, если необходимо. Существуют различные типы противоскользящих материалов, например коврики, резиновые маты и листы бумаги, покрытые составами, увеличивающими трение. Они должны иметь соответствующие коэффициент трения, прочность и толщину, чтобы обеспечить крепление груза на протяжении всей транспортировки. Коэффициент трения должен быть подтвержден производителем.

Использование противоскользящих материалов позволяет уменьшить количество требуемых креплений. Очень часто материал используется в виде квадратных кусков, отрезаемых от полосы, длиной от 5 до 20 м и 150, 200 или 250 мм шириной. Толщина варьируется от 3 до 10 мм. Такие куски можно использовать многократно – до десяти раз, но следует учитывать, что функциональность снижается, если прокладки становятся промасленными.

Напомню, что в Европе существуют два стандарта по креплению грузов:

1) руководство IMO/ ILO/ UN ECE Guidelines for Packing of Cargo Transport Units (CTUs),в переводе на русский «Руководство по укладке грузов в грузовые транспортные единицы» (ГТЕ);

2) стандарт EN 12195-1 “Устройства крепления груза на автомобилях. Часть 1: Расчет сил крепления”.

Оба эти стандарта используют различные начальные данные для расчета количества креплений.

Несмотря на различия в стандартах, все применяемые методы крепления учитывают силу трения, увеличение которой значительно уменьшает требуемое количество средств крепления. Целенаправленное использование покрытий с повышенным коэффициентом трения дает очень значительный экономический эффект.

Например, в Германии был опубликован расчет силы трения, а также перечень материалов с повышенным коэффициентом трения в приложениях 14 и 15 к стандарту VDI 2700. Приложение 14 устанавливает порядок определения коэффициента трения, а приложение 15 дает список материалов с увеличенным коэффициентом трения.

Появление этих двух приложений позволило упорядочить правильное применение материалов и дало толчок к развитию исследований и производства специальных материалов с повышенным коэффициентом трения, сертифицированных производителем и обладающим дополнительными техническими характеристиками, которые позволяют обеспечить сохранную транспортировку грузов. Кроме того, производитель дает гарантию на эти материалы. Примеры таких прокладочных материалов приведены на фотографиях.


в Российской Федерации…

Единственный документ, который хоть как-то рекомендует применение материалов с повышенным коэффициентом трения, – это «Правила безопасной морской перевозки грузов», утвержденные приказом Минтранса России от 21 апреля 2003 г. N ВР-1/п.

Приложение № 4 Справочное.

Технические характеристики материалов с повышенным коэффициентом трения

1. Бризол марок БР-С и БР-П по ТУ 38.1051819-88 представляет собой безосновный материал, изготовленный методом вальцевания и последующего каландирования смеси, состоящей из нефтяного битума, дробленой резины (из старых автопокрышек), асбеста и пластификатора. Бризол поставляется в рулонах шириной 425 — 1000 мм. Длина полотна в рулоне 10 — 50 м.

2. Рубероид представляет собой картон по ГОСТ 3135, пропитанный мягкими нефтяными битумами (кровельными) по ГОСТ 9548 с последующим нанесением на обе стороны полотна тугоплавкого битума с наполнителем и крупнозернистой посыпкой с одной стороны полотна. Рубероид поставляется в рулонах шириной 1000 — 1050 мм. Длина полотна в рулоне 10 — 15 м. Токсичных веществ при нагревании до 70 ºС рубероид не выделяет.

3. Изол по ГОСТ 10296 представляет собой безосновный биостойкий гидро- и пароизоляционный материал, получаемый из резинобитумного вяжущего вещества, пластификатора, наполнителя, антисептика и полимерных добавок. Поставляется в виде рулонов из полотна толщиной 2 мм, шириной 800 или 1000 мм и длиной 10 или 15 м.

4. Стеклорубероид по ГОСТ 15879 представляет собой кровельный и гидроизоляционный материал на стекловолокнистой основе, получаемый путем двустороннего нанесения битумного вяжущего вещества на стекловолокнистый холст. Поставляется в виде полотна толщиной 2,5 мм, шириной 960 или 1000 мм и площадью 10 м, свернутого в рулоны. Выпускается с крупнозернистой (С-РК), мелкозернистой (С-РМ) или чешуйчатой (С-РЧ) посыпкой с лицевой стороны и мелкой (пылевидной) с нижней стороны. Применение стеклорубероида с чешуйчатой посыпкой (С-РЧ) для целей крепления груза не допускается.

Читайте так же:
Красители для гиперпрессованного кирпича

5. Древесина преимущественно малоценных пород в виде досок, брусьев, клиньев и фанеры.

6. Другие виды специальных материалов с повышенным коэффициентом трения или клеящим эффектом.

При расчетах смещаемости грузов следует применять значения коэффициентов трения, выделенные жирно в таблице п. 4.1, если в информации о грузе не указаны иные значения.

Способ определения коэффициента трения между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании металлов

Способ определения коэффициента трения между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании металлов

Использование: изобретение относится к процессам обработки металлов давлением и определения коэффициента трения при пластической деформации металлов и может быть использовано для определения коэффициента контактного трения при различных видах пластической деформации: волочении, прокатке, штамповке и т.д., а также для оценки эффективности смазочных материалов при указанных выше видах деформации. Сущность изобретения: предварительно рассчитывают напряженно-деформированное состояние инструмента и заготовки с учетом их материала и геометрических размеров, по полученным расчетным данным строят диаграмму “сила деформирования — коэффициент трения” технологического процесса пластического деформирования. Затем на этом же технологическом процессе экспериментально определяют силу деформирования, соответствующую реальному состоянию поверхностей инструмента и заготовки и используемому смазочному материалу, после чего по полученной ранее диаграмме “сила деформирования — коэффициент трения” определяют коэффициент трения, соответствующий экспериментально полученному значению силы деформирования. Технический результат: повышение точности и уменьшение трудоемкости определения коэффициента трения при пластическом деформировании металлов. 3 ил.

Изобретение относится к процессам обработки металлов давлением и определения коэффициента трения при пластической деформации металлов и может быть использовано для определения коэффициента контактного трения при различных видах пластической деформации: волочении, прокатке, штамповке и т.д., а также для оценки эффективности смазочных материалов при указанных выше видах деформации.

Известен способ определения коэффициента трения, заключающийся в том, что образец в виде кольца с нанесенным на его поверхность покрытием нагревают и ступенчато деформируют свободной осадкой между параллельными плитами, измеряют внутренний диаметр кольца, после каждой ступени деформируют новый образец с покрытием и строят график зависимости этого диаметра от степени деформации, а значение коэффициента трения определяют по номограмме [Авторское свидетельство СССР №1174835, кл. G 01 N 19/02, 1985].

Недостатком данного способа является трудоемкость исполнения, необходимость использования для оценки одного материала большого количества исходных заготовок, а также то, что осадка колец не может достаточно полно моделировать реальные процессы обработки металлов давлением, что существенно уменьшает точность определения коэффициента трения.

Известен способ определения коэффициента трения материалов при нагрузках, превышающих предел текучести, путем протягивания образца материала между двумя валками с одновременным замером необходимой для этого силы, по которой судят о коэффициенте трения [Авторское свидетельство СССР №274449, кл. G 01 N 3/56, 1978].

Однако замеряемая сила является суммой сил, необходимых на преодоление сил трения, и сил, необходимых для пластического деформирования собственно материала заготовки, что не позволяет с высокой точностью оценить коэффициент трения. Кроме того, данный способ не может достаточно полно моделировать реальные процессы обработки металлов давлением.

Известен способ определения коэффициента трения [Авторское свидетельство СССР №783659, кл. G 01 N 19/02, 1980], заключающийся в том, что к образцу прикладывают нагрузку, задают ему вращение вокруг оси относительно неподвижного контробразца, измеряют силу трения и определяют коэффициент трения. С целью определения коэффициента трения при пластическом деформировании используют образец с углом рабочего конуса, выбранном из условия получения пластической деформации контробразца, прикладывают к образцу дополнительную нагрузку, обеспечивая его перемещение по винтовой линии вдоль оси контробразца, определяют угол наклона винтовой лини, а коэффициент трения определяют по формуле:

где β — угол, равный половине рабочего угла конуса;

Р — сила нагружения;

α — угол наклона винтовой линии к плоскости, перпендикулярной оси вращения;

F — сила вращения.

Недостатком известного способа является трудоемкость его исполнения, необходимость точного замера углов после проведения испытания, что вместе дает значительное увеличение времени на его реализацию. Данный способ также не позволяет в полной мере моделировать процессы обработки металлов давлением.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ определения коэффициента трения при пластическом деформировании [Трение и смазки при обработке металлов давлением. А.П.Грудев, Ю.В.Зильберг, В.Т.Тилик. Справ. Изд. — М.: Металлургия, 1982, с.312, страницы 90-91]. Способ заключается в том, что в процессе прессования измеряют действующую на пуансон силу Р. На фиг.1 показана кривая изменения силы прессования при выдавливании заготовки исходной длиной l. С целью определения коэффициента трения между металлом и стенкой контейнера при установившемся прессовании фиксируют два значения силы P1 и Р2, соответствующие длине заготовки в контейнере l1 и l2.

Коэффициент трения рассчитывают по формуле:

где D — диаметр пуансона;

σм — продольное напряжение вблизи матрицы;

— средний предел текучести металла;

k — коэффициент, учитывающий неравномерное распределение деформации в объеме заготовки, k=D/21+0,1;

p1 и р2 — давление на контактной поверхности пуансона при длине заготовки в контейнере соответственно l1 и l2.

Если очаг деформации распространяется не на всю длину заготовки (слитка), то следует пользоваться формулой:

Однако данное известное техническое решение имеет недостатком довольно трудоемкий и долгий процесс определения коэффициента трения, а также является недостаточно точным, т.к. не учитываются технологические параметры процесса, такие как скоростное и деформационное упрочнение материала, нагрев материала заготовки и инструмента в процессе деформирования. Кроме того, коэффициент трения по данному методу определяется только в контейнере.

Читайте так же:
Кирпич рядовой лср м 250

Задача изобретения состоит в повышении точности и уменьшении трудоемкости определения коэффициента трения при пластическом деформировании металлов.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициента трения между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании металлов, заключающемся в экспериментальном определении силы деформирования, в отличие от прототипа, предварительно рассчитывают напряженно-деформированное состояние инструмента и заготовки с учетом их материала и геометрических размеров, по полученным расчетным данным строят диаграмму “сила деформирования — коэффициент трения” технологического процесса пластического деформирования, затем на этом же технологическом процессе экспериментально определяют силу деформирования, соответствующую реальному состоянию поверхностей инструмента и заготовки и используемому смазочному материалу, после чего по полученной ранее диаграмме “сила деформирования — коэффициент трения” определяют коэффициент трения, соответствующий экспериментально полученному значению силы деформирования.

Заявляемая точность способа зависит от точности построения расчетной диаграммы, чем больше факторов процесса учтено при моделировании процесса деформирования, тем более высокой будет точность определения коэффициента трения. Поэтому предлагается выполнять построение диаграммы по расчетам, произведенным с помощью программно-вычислительных комплексов (ПВК), таких как ANSYS, LS-DYNA, Q-Form и других. Современные программно-вычислительные комплексы позволяют учитывать реальные геометрические размеры заготовки и инструмента, физико-механические свойства деформируемого материала, скорость деформирования, скоростное и деформационное упрочнение материала заготовки, разогрев заготовки и инструмента в процессе пластического деформирования, это позволяет определять значения параметров процесса деформирования в любое время и в любой точке заготовки в процессе ее деформации. Все это обеспечивает высокую точность и достоверность построенных диаграмм “сила деформирования — коэффициент трения” и определение самого коэффициента трения.

На фиг.1 изображена кривая изменения силы прессования при выдавливании заготовки.

На фиг.2 изображена принципиальная схема приспособления для осуществления процесса волочения.

На фиг.3 изображена расчетная диаграмма “сила волочения — коэффициент трения”.

Пример конкретной реализации способа

Способ осуществляют следующим образом. Первоначально рассчитывают напряженно-деформирование состояние инструмента и заготовки.

Для расчета напряженно-деформированного состояния инструмента (упругая задача) и заготовки (упругопластическая задача) используют программно-вычислительный комплекс ANSYS 5.7 со следующими исходными данными:

— заготовка: пруток ⊘ 13 мм из стали 20Г2Р;

— инструмент: волока из стали Р6М5 — упругое тело, обеспечивающее 20%-ную деформацию прутка при волочени.

Из справочника [Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. 2-е изд., перераб. и доп. Справочник. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М., М.: Металлургия, 1983, с.352.] выбирают следующие данные:

— предел текучести стали 20Г2Р (для отожженного состояния) σ0,2=245 МПа;

— предел прочности для стали 20Г2Р σв=540 МПа;

— модуль упрочнения для стали 20Г2РЕу=50 МПа.

— модули Юнга – Е1=250000 МПа (для стали Р6М5), и Е2=230000 МПа (для стали 20Г2Р);

— коэффициент Пуассона для обеих сталей принят одинаковый ν=0,3;

Затем выбранные из справочника данные с учетом геометрических размеров инструмента и заготовки обрабатывают на ЭВМ с помощью программно-вычислительного комплекса ANSYS 5.7. Далее строят по полученным расчетным данным диаграмму “сила деформирования — коэффициент трения”. Сила волочения на диаграмме является частным случаем силы деформации.

На фиг.3 приведена расчетная диаграмма “сила деформирования — коэффициент трения”, на которой присутствуют следующие обозначения: P1 — сила волочения с использованием дробеструйной подготовки поверхности образца и смазки “Росойл-101M”; Р2 — сила волочения с использованием в качестве смазки фосфатного покрытия и омыливания; f1, f2 — коэффициенты трения в случае использования дробеструйной подготовки поверхности образца и смазки “Росойл-101M”, и фосфатного покрытия с омыливанием соответственно.

С помощью приспособления, принципиальная схема которого показана на фиг.2, содержащего 1 — неподвижный захват; 2 — приспособление для волочения; 3 — образец; 4 — волоку; 5 — подвижный захват, осуществляют волочение образца с нанесенным на него смазочным материалом. Одновременно фиксируют силу волочения, обозначенную на фиг.2 как Р. Для разных смазочных материалов сила волочения при прочих равных условиях будет различной.

Сопоставляя экспериментально полученные значения силы волочения и расчетную диаграмму изменения силы деформирования в зависимости от коэффициента трения (фиг.3), определяют коэффициенты трения для различных смазочных материалов и фактического состояния поверхностей заготовки и инструмента.

На диаграмме (фиг.3) показан пример определения коэффициента трения при волочении образца с нанесенной на него смазкой. В случае использования дробеструйной подготовки поверхности образца и смазки “Росойл-101M” коэффициент трения равен 0,052, а в случае использования в качестве смазки фосфатного покрытия с омыливанием — 0,069.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить точность и уменьшить трудоемкость определения коэффициента трения при пластическом деформировании металлов.

Способ определения коэффициента трения между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании металлов, заключающийся в экспериментальном определении силы деформирования, отличающийся тем, что предварительно рассчитывают напряженно-деформированное состояние инструмента и заготовки с учетом их материала и геометрических размеров, по полученным расчетным данным строят диаграмму “сила деформирования — коэффициент трения” технологического процесса пластического деформирования, затем на этом же технологическом процессе экспериментально определяют силу деформирования, соответствующую реальному состоянию поверхностей инструмента и заготовки и используемому смазочному материалу, после чего по полученной ранее диаграмме “сила деформирования — коэффициент трения” определяют коэффициент трения, соответствующий экспериментально полученному значению силы деформирования.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector