Методы экспериментального определения коэффициента трения

 

Рассмотрим некоторые методы определения коэффициентов трения при пластической деформации. Все методы дают значения коэффициента трения, усредненные по поверхности, и достовер­ные значения при условии скольжения, т. е. при условии дейст­вия закона Кулона.

Кроме того, в большинстве методов движение металла относи­тельно инструмента отличается от движения в натурных усло­виях. Поэтому данные, полученные этими методами, не всегда могут быть использованы для расчетов.

В настоящее время разработаны методы определения контакт­ных напряжений, создаваемых силами трения в любой точке кон­такта деформируемого металла с инструментом.

Способы определения коэффициента трения при пластической деформации можно разделить на следующие группы:

- одновременное измерение силы трения и нормальной силы при скольжении металла по инструменту (эти способы можно назвать прямыми);

- учитывающие влияние коэффициента трения на усилие при пластической деформации;

- учитывающие влияние коэффициента трения на изменение формы образцов;

- из условий захвата металла валками при прокатке;

- учитывающие влияние коэффициента трения на опережение при прокатке.

К первой группе можно отнести предложенный И. М. Павло­вым способ клещевого захвата. Образец зажимается с одного конца клещами /, соединенными цепью 2 с измерителем усилия 3, и задается в валки. При вращении валков образец за­хватывается ими, натягивает цепь и передает силу трения Т на прибор 3; одновременно измеряется полное давление металла на валки Р. Коэффициент трения подсчитывают по формуле

где — центральный угол между линией, соединяющей центры валков, и радиусом в точке соприкосновения металла с валком (угол захвата).

Силы Т и Р должны быть измерены в начальный момент бук­сования, иначе произойдет истирание поверхности образца и вал­ков, в результате чего коэффициент трения изменится.

К первой группе можно отнести также способ скольжения осаживаемого образца, предложенный И. М. Павловым и И. С. Костычевым [9]. Способ заключается в том, что образец осаживается под прессом и одновременно специальным устрой­ством смещается в сторону, скользя по бойкам пресса. При этом давление пресса Р и силу, смещающую образец, измеряют. Коэф­фициент трения определяют по формуле

Метод определения коэффициента трения при волочении по измеренным нормальным давлениям на волоку и усилию волоче­ния описан И. Л. Перлиным [49]. Метод определения коэффи­циента трения металла о контейнер при прессовании разработан Л. В. Прозоровым [50].

.

 

Рис.4.1 Клещевой прибор И. М. Павлова для определения коэффициента

трения при прокатке.

Значения коэффициентов трения при горячей и холодной об­работке давлением различных металлов в зависимости от разных условий приведены, в частности, в книгах И. Л. Перлина [48], А. К. Чертавских [44], И. В. Крагельского и И. Э. Виноградовой [52], в справочнике «Прокатное производство» [41].

 

Раздел курса «внешнее трение приОМД»

При прокатке металла контактное трение имеет большое значение. Одновременно с полезным действием трения на процесс прокатки металла следует отметить затруднения в технологии изготовления изделий, которые возникают в результате действия контактного трения.

При действии сил трения металл деформируется неравномерно, что приводит к разнородности его структуры, возникновению растягивающих напряжений в металле, которые иногда приводят к нарушению сплошности изделия. Под влиянием сил трения в ряде случаев усилие деформации возрастает в несколько раз по сравнению с тем усилием, которое обусловлено истинным сопротивлением металла деформации. От характера и величины сил трения зависит степень износа инструмента (валки, бойки) и качество поверхности изделия.

Для облегчения решения задач по определению коэффициента трения в различных процессах ОМД рядом авторов предложены

формулы, которые выведены на основе результатов экспериментальных исследований: эмпирические или экспериментально-расчетные формулы.

I. Раздаточный материал из учебника Н.П.Громова «Теория ОМД»

Проф. И. Я- Тарновский предложил эмпирическую формулу для определения соотношения деформаций, учитывающую наряду с отношением сторон прямоугольника в исходном состоянии и коэффициент трения

 

(1)

 

 

(λ - коэффициент деформации в направлении длины; β - коэффициент деформации в направлении ширины; η - коэффициент деформации в направлении высоты.)

Заменяя натуральные логарифмы в выражении (1) десятичными:

(2)

 

с учетом условия прстоянства объема получаем

(3)

Разделив выражение (3) на (2), находим

(4)

Следовательно чем больше коэффициент трения, тем меньше истинная деформация в направлении длины прямоугольника; при отсутствии трения . Из уравнения (4) И. Я. Тарновский рекомендует определять коэффициент трения при осадке.

Н.П.Громов считает, что формула И. Я. Тарновского как эмпирическая справедлива для условий экспериментов, на основании которых она выведена.

Примеры решения задач по разделу «Трение при ОМД»

Задача 6.1 Полоса размерами: высотой H_о = 80 мм, шириной B_о = 100 мм, длиной L_о = 300 мм прокатывается в стане продольной прокатки до высоты h₁ = 20 мм, при этом коэффициент трения равен ¦ = 0,2. Определить размеры полосы после прокатки, используя формулу И.Я.Тарновского / см. 1 с.213 /.

II Раздаточный материал из сборника задач по технологии горячей и холодной прокатки стали и сплавов. Протасов А.А. Изд-во «Металлургия» М.1972, 320 с.

При прокатке металла контактное трение имеет большое значение. Одновременно с полезным действием трения на процесс прокатки металла следует отметить затруднения в технологии изготовления изделий, которые возникают в результате действия контактного трения.

При действии сил трения металл деформируется неравномерно, что приводит к разнородности его структуры, возникновению рас­тягивающих напряжений в металле, которые иногда приводят к нарушению сплошности изделия. Под влиянием сил трения в ряде случаев усилие деформации возрастает в несколько раз по сравнению с тем усилием, которое обусловлено истинным сопротивлением металла деформации. От характера и величины сил трения зависит степень износа инструмента (валки, бойки) и качество поверхности изделия.

Для облегчения решения задач по определению коэффициента трения все основные формулы сведены в таблицу 1,

Таблица 1 Формулы для определения коэффициента внешнего трения при прокатке

 

№формулы	Формула	Обозначение и примечания
	Горячая прокатка	Формула Экелунда Пригодна для расчета при захвате низкоуглеродистой стали при окружной скорости v=0,2-0,3 м/с. Для стальных валков =1, а для отбеленных валков =0,8
		Значения см. на с. 1, — см. рис. 1, m3 — см. табл. 2
	При прокатке в стальных валках f=0,92-0,0005t-0,56v; при прокатке в чугунных валках f=0,92-0,0005t; при прокатке в шлифованных стальных или чугунных валках f=0,82-0,0005t-0,056v	Формулы Ш. Гелей, действительны при окружной скорости валков v < 5 м/сек и температуре прокатки t> 700° С
		Формула А. П. Чекмарева и В. А. Николаева, где fи — коэффициент трения установившегося процесса прокатки при в функции угла захвата и параметра (см. рис. 2) ;
	где β – угол трения	Поправочные коэффициенты, учитывающие — температуру металла; — твердость поверхности валка по Шору; кс —содержание углерода; ки — окружную скорость валков(см. рис.3); кп — состояние поверхности валков
	Холодная прокатка	Формула А. П. Грудева. — окружная скорость валков; ки — коэффициент, учитывающий влияние смазки (см. табл. 3)