Жидкостное трение

метки: Трение, Жидкостный, Напряжение, Пластичность, Форма, Влияние, Теория, Прокатка

1770kb.

16.11.2011 01:54

---

• Смотрите также:
• [ лекция ]
• [ лекция ]
• [ лекция ]
• [ лабораторная работа ]
• [ лабораторная работа ]
• [ реферат ]
• [ документ ]
• [ курсовая работа ]
• [ лабораторная работа ]
• [ лекция ]
• [ лекция ]
• [ лекция ]

1.doc

^

При прочих равных условиях сила гидродинамического трения на два порядка меньше трения граничного и сухого. Впрямую состояние поверхностей на силу гидродинамического трения не влияет, и понятия «коэффициент трения» в этом случае ввести нельзя.

Очевиден и естественный критерий перехода от полусухого трения к гидродинамическому — это толщина смазочного слоя. Он определяется критической толщиной смазочного слоя h _кр . Если толщина слоя меньше критической, непрерывный слой смазки разрушается и начинает работать механизм полусухого трения, и наоборот. Обычно величину h_кр связывают с состоянием поверхностей пары трения через среднюю высоту шероховатости h_ш :

h _кр = 3 мкм + h_ш

Таким образом, чем грубее поверхность, тем быстрее наступает переход от гидродинамического к граничному трению.

При жидкостном трении необходима сила для преодоления внутреннего трения слоя смазки:

– сила трения;

– напряжение трения,

где – коэффициент вязкости жидкости, V – скорость скольжения, h – толщина слоя смазки.

В системе единиц СИ абсолютная вязкость измеряется в пуазах. Таким образом, пуаз (Пз) определяется как сила в ньютонах, необходимая для того, чтобы пластинка площадью 1 двигалась с постоянной скоростью 1 см/с параллельно плоскости, расположенной на расстоянии 1 см от нее. На практике чаще пользуются в сто раз меньшей единицей (сПз).

Вязкость, выраженную в сантипаузах, обычно обозначают буквой z. Вязкость воды при 20° С почти точно равна 1 сПз. (Название «пуаз» дано в честь французского физика Жана Пуазейля.)

Из формулы видно, что жидкостное трение возможно только в движении. Если скорость скольжения V=0, то и T=0, и =0. При малых скоростях сила трения пропорциональна скорости . При больших скоростях сила трения пропорциональна квадрату скорости . При сверхзвуковых скоростях сила вязкого трения пропорциональна третьей степени скорости .

Эта формула верна только в том случае, если скорость скольжения линейно изменяется по толщине слоя смазки. В действительности это не так. Поэтому для более точных расчетов необходимо брать проекцию скорости по направлению нормали. Таким образом, чтобы определить напряжение, действующее на металл, необходимо знать течение смазки.

Из формул видно, что сила и напряжение трения при жидкостном трении не зависит от нормального давления, но зависит от площади контакта в противоположность сухому трению. Сила трения тем больше, чем больше вязкость смазки. Однако, высокая вязкость необходима для создания прочного неразрывного слоя смазки. Чем больше удельное давление при контакте, тем большей вязкостью должна обладать смазка.

Влияние скорости скольжения, как это видно из формул, при жидкостном трении противоположно ее влиянию при сухом трении. Если при сухом трении сила трения уменьшается с увеличением скорости, то при жидкостном – наоборот растет. Но при увеличении скорости большее количество смазки увлекается в зону контакта, толщина слоя смазки увеличивается и сила трения уменьшается.

^

1. Трение при прокатке

В настоящее время горячую прокатку осуществляют в режиме сухого трения. Холодная прокатка осуществляется с применением смазок. При холодной прокатке листов и полосы толщиной до 2,5 мм на входе в очаг деформации действует гидродинамический эффект, нагнетающий смазку. У кромок полосы он не действует и достигает максимума в центре полосы.

Наряду с задачей снижения трения, смазка при холодной прокатке выполняет и задачу охлаждения прокатываемой полосы и валков, т.е. отводит тепло, выделяющееся в результате пластической деформации.

Прокатка без трения невозможна, но трение должно быть умеренным, чтобы неоправданно не возрастали нагрузки на прокатный стан.

2. Трение при волочении.

При волочении проволоки и прутков используется жидкостное трение. При волочении труб на длинной оправке трение со стороны оправки помогает процессу деформации и его нужно увеличивать в разумных пределах. Трение со стороны волоки – сопротивление деформации. И его нужно уменьшать, используя режим жидкостного трения.

3. Трение при ковке и штамповке.

Усилие деформации существенно превышает сопротивление металла деформации. Это объясняется тем, что шероховатые штампы оказывают сопротивление растеканию металла, т.е. обеспечивают высокую силу трения. При ковке максимальное трение сосредоточено ближе к центру инструмента. А в самом центре имеет место прилипание. Тормозящее влияние касательных напряжений растеканию металла при ковке можно существенно уменьшить, если развернуть касательное напряжение на 90 градусов, введя наряду с поступательным движением штампа его вращение вокруг оси диска. Если скорость вращения будет существенно больше скорости вертикального смещения штампа, то горизонтальная составляющая силы трения не будет существенно препятствовать растеканию металла в стороны. В этом случае сила осадки может быть существенно уменьшена.

Холодную штамповку производят с применением смазок. В последнее время эффективно стали применять жидкостной режим трения. Гидромеханическая вытяжка заключается в том, что сжатие жидкости в полости матрицы пуансоном с изделием приводит к ее прорыву между матрицей и изделием с образованием слоя, обеспечивающего жидкостное трение.

^

При равномерной (однородной) деформации напряженное состояние во всех точках тела одинаково, компоненты тензора напряжений и направление главных осей не изменяются при переходе от одной точки тела к другой, плоскости и прямые линии в теле не изменяются.

При неравномерной (неоднородной) деформации напряженное состояние и деформация различны в различных частях тела. При ОМД деформация всегда неравномерна. Однако, при решении практических задач деформацию принимают равномерной по всему объему тела или тело разбивают на отдельные объемы, в пределах которых деформацию можно принять равномерной.

^

1. несоответствие формы инструмента форме деформируемого тела;

2. внешнее трение;

3. неоднородность физических свойств деформируемого тела.

Неравномерность деформации при обработке давлением в большинстве случаев нежелательна, т.к. приводит к появлению дополнительных напряжений в процессе деформации, которые снижают пластичность, повышают необходимое усилие, искажают форму тела. Неравномерность деформации приводит к остаточным напряжениям и неоднородности свойств готовых изделий.

^

В большинстве процессов ОМД форма заготовки отличается от формы готового изделия, определяемой формой инструмента. Обычно форма заготовки проще формы изделия, что приводит к неодинаковому обжатию отдельных частей заготовки, т.е. к неравномерной деформации. Так при штамповке форма штампа и поковки отличаются от формы заготовки; при прокатке фасонных профилей форма калибров отличается от формы заготовки. Только в некоторых процессах ОМД форма инструмента совпадает с формой заготовки (ковка, прокатка листа, волочение проволоки).

Н еравномерное обжатие ведет к неоднородности структуры, особенно на заключительных стадиях обработки. В результате неравномерной деформации в разных частях изделия образуются зерна разной величины, появляются дополнительные напряжения. Если распределение напряжений, вызванных внешними силами (основных), вызовет такое изменение формы, которому будет препятствовать целостность тела, то в различных частях тела появятся дополнительные напряжения разных знаков.

Например, при прокатке крестообразного профиля из прямоугольной заготовки центральная часть обжимается незначительно, а края получают большое обжатие. Внешние силы создают схему всестороннего сжатия: по вертикали от усилий обжатия, по горизонтали – от сопротивления трения. Если бы участки 1 и 2 могли деформироваться независимо. Они бы получили разную вытяжку. Но они представляют собой единое целое. Слабообжимаемый участок сдерживает вытяжку сильнообжимаемых участков, а они в свою очередь увеличивают его вытяжку. В результате длина всех участков получается одинаковой. На участке 1 возникнут дополнительные напряжения растяжения, а на участке 2 – сжатия.

Основные напряжения, суммируясь с дополнительными, составляют результирующие напряжения. Дополнительные напряжения могут быть достаточно большими, сравнимыми с основными и оказывать существенное влияние на схему напряженного состояния.

Принудительная вытяжка участка 1 вызывает перетекание металла из сильнообжимаемых участков 2 в участок 1. При сильновыраженной неравномерности обжатия металл участка 1 может отстать от валков, а металл на участках 2 устремиться в стороны (вынужденное уширение).

Дополнительное напряжение утяжки может вызвать разрывы, поперечные трещины на участке 1 и волны на участке 2.

Неравномерность деформации возникает и тогда, когда инструмент или заготовка не имеют оси симметрии, например, в валках переменного диаметра.

^

Внешнее трение затрудняет скольжение деформируемого тела по инструменту. Действие его распространяется неодинаково по объему тела, оно наиболее сильно вблизи поверхности контакта и минимально внутри тела. Это приводит к неравномерности деформации. Например, при ковке образец принимает бочкообразную форму из-за действия сил трения. В результате их действия вблизи контактной поверхности образуется зона затрудненной деформации, распространяющаяся на некоторую глубину и имеющая форму конуса.

Максимальная степень деформации и твердость наблюдается в центре образца. Наименьшая – в зонах затрудненной деформации, средняя – в боковых (бочкообразных) частях заготовки.

При большом отношении высоты заготовки к его диаметру образуется двойная бочкообразность с цилиндрическим участком между двумя бочками. Действие сил трения затухает в пределах двух бочкообразных утолщений и в средней части по высоте имеется линейная схема сжатия.

Неравномерность деформации в результате трения приводит также к появлению дополнительных напряжений и может привести к изменению схемы напряженного состояния в отдельных частях тела. Так при ковке с момента образования бочкообразности боковые поверхности частично выходят из зоны непосредственного обжатия и начинают испытывать дополнительные напряжения растяжения. А во внутренней зоне появляются дополнительные напряжения сжатия. Этим объясняется появление трещин по образующим цилиндра.

Неравномерность деформации, обусловленная внешним трением может быть несимметричной. Так при ковке образца между плитами с различным качеством отделки поверхности цилиндрический образец примет форму близкую к трапеции в осевом сечении: основание вблизи полированной поверхности будет шире, чем вблизи шероховатой.

^

Неоднородность свойств может быть макроскопической (неравномерный прогрев, соединение разных металлов в одном слитке) или микроскопической (неоднородность свойств кристаллов).

При неравномерном нагреве нагретые слои как более мягкие деформируются в большей степени, чем холодные. Это приводит к появлению дополнительных напряжений сжатия в наружных слоях и растяжения во внутренних. При большом перепаде температур по сечению слитка, большой степени деформации и малой пластичности металла дополнительные напряжения растяжения могут вызвать разрывы внутренних слоев.

При деформации тела, составленного из металлов с разными механическими свойствами, в мягких слоях появляются дополнительные напряжения сжатия, а в твердых – растяжения. Если твердые слои имеют пониженную пластичность, то в них произойдут разрывы.

При микроскопической неоднородности дополнительные напряжения возникают не во всем теле, а в пределах группы зерен (доп. напряжения 2 рода), или отдельных зерен (3 рода).

Анизотропия механических свойств кристаллов приводи к неравномерной деформации, даже если другие причины для этого отсутствуют.

^

Остаточные (внутренние) напряжения уравновешиваются внутри тела и присутствуют в нем без приложения внешней нагрузки. Внутренние напряжения могут возникнуть в результате фазовых превращений при неравномерном нагреве или охлаждении. Остаточные напряжения в большинстве случаев нежелательны, т.к. они ухудшают свойства металлов.

Если при эксплуатации изделия напряжения от внешней нагрузки совпадут по знаку с остаточными, то результирующие напряжения могут превысить допустимые. При неправильной технологии обработки давлением остаточные напряжения могут достигать значений, близких к пределу текучести и тогда незначительные нагрузки могут привести к разрушению изделия.

Остаточные напряжения с течением времени частично снимаются, что может привести к изменению размеров тела и короблению. Остаточные напряжения снижают коррозийную стойкость металла. Это приводит к местному разъеданию, порче поверхности и концентрации напряжений вблизи поврежденных мест.

Остаточные напряжения определяют механическим и рентгенографическим методами.

^

Основной метод – предотвращение их появления правильным режимом обработки, при котором неравномерность сводится к минимуму, а дополнительные напряжения снимаются в процессе деформации и не приводят к появлению остаточных напряжений.

Для достижения этого всю неравномерную деформацию необходимо осуществлять в начальной стадии обработки, особенно при горячей ОМД. В этих условиях облегчается протекание металла из сильнообжимаемых частей в слабообжимаемые, пластичность металла высокая. Дополнительные напряжения не приводят к разрушениям и постепенно уменьшаются в процессе деформации в результате рекристаллизации. Температура должна быть одинаковой, коэффициент трения минимальный, температура не должна соответствовать тем-ре межфазового перехода.

Иногда дополнительно создают неравномерность деформации, чтобы она компенсировала другие виды напряжений. Например, при горячей прокатке биметаллической катанки (сталь-медь) для уменьшения разницы прочностных свойств слоев подстуживают медную оболочку. И неравномерность деформации, обусловленная разницей физических свойств меди и стали, устраняется разницей температур.

Если нельзя избежать появления остаточных напряжений (например, при холодной ОМД), то их можно снять дополнительной обработкой. Обычно это – термообработка после ОМД. Напряжения 1-го и 2-го рода обычно полностью снимаются при рекристаллизации.

Остаточные напряжения могут быть сняты и механическим способом: поверхностной обработкой давлением (обкаткой, обдувкой стальной дробью, правкой листов с помощью правильных роликов).

^

1. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства, С-Пб, «наука», 2005

2. Громов Н.П. Теория ОМД, М., «Металлургия», 1978

3. Смирнов В.С. Теория ОМД, М., «Металлургия», 1973

4. Смирнов В.С. Сборник задач по обработке металлов давлением, М., «Металлургия», 1973

5. Гун Теоретические основы ОМД. Теория пластичности, 1980

6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория ОМД, М., 1977

Содержание

Введение 1

Основы теории упругости и пластичности 3

Упругая и пластическая деформация 3

Дефекты в кристаллах 3

Дислокации 4

Упрочнение металла при холодной деформации (наклеп) 5

Изменение свойств наклепанного металла при нагреве 5

Теория деформаций и напряжений 6

Величины, характеризующие деформацию тела 6

Закон постоянства объема 7

Смещенный объем 7

Общий случай деформации 7

Скорость деформации 8

Правило наименьшего сопротивления 9

Величины, характеризующие напряженное состояние тела 10

Главные нормальные и главные касательные напряжения 12

Октаэдрические напряжения 13

Связь между напряжениями и деформациями 14

Связь обобщенного напряжения с обобщенной деформацией 15

Плоское напряженное и плоское деформированное состояние 15

Сопротивление деформации и пластичность 18

Понятие сопротивления деформации и пластичности 18

Сверхпластичность 18

Методы оценки пластичности 18

Факторы, влияющие на сопротивление деформации 19

Факторы, влияющие на пластичность металла 19

Условие пластичности 21

Условие пластичности для линейного напряженного состояния 21

Условие постоянства максимального касательного напряжения (условие пластичности Сен-Венана) 21

Энергетическое условие пластичности (условие пластичности Губера – Мизеса — Генки) 21

Частные случаи условия пластичности 22

Влияние механической схемы деформации на усилие деформирования и пластичность 22

Трение при ОМД 23

Особенности трения при ОМД 23

Виды трения. Физико-химические особенности трения 23

Механизм сухого трения 23

Механизм граничного трения 23

Механизм жидкостного трения 24

Смазка при ОМД 24

Факторы, влияющие на сухое и граничное трение 25

Влияние твердости металла и внешнего давления 25

Факторы, влияющие на жидкостное трение 27

Трение при различных видах ОМД 27

Неравномерность деформации 28

28

Основные причины неравномерности деформации: 28

Влияние формы инструмента и заготовки на неравномерность деформации 28

Влияние внешнего трения на неравномерность деформации 28

Влияние неоднородности свойств на неравномерность деформации 29

Остаточные напряжения 29

Методы устранения остаточных напряжений 29

Список литературы 30

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/jidkostnoe-trenie/

---

---