CC BY
21
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 11 (42) ■ Часть 2 ■ Декабрь
DOI: 10.18454/IRJ.2015.42.209 Покрас И.Б.1, Чикуров Г.А.2, Касимов М.И.3
1 Доктор технических наук, профессор,
2 3
кандидат технических наук, доцент, аспирант,
Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ СМАЗКИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ПРОВОЛОКИ В РЕЖИМЕ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ
Аннотация
В данной статье рассмотрен экспериментальный подход к определению толщины смазочного слоя при волочении в режиме жидкостного трения. Приведены особенности методики проведения эксперимента и обработки опытных данных. Обоснована необходимость учета поправочного коэффициента в расчете толщины слоя смазки при волочении. По результатам опытов авторами даны рекомендации к применению описанной в работе методики при разработке технологии волочения.
Ключевые слова: жидкостное трение, волочение проволоки, поправочный коэффициент, расход смазки, методика экспериментального исследования.
Pokras I.B.1, Chikurov G.A.2 Kasimov M.I.3
1PhD in Engineering, professor, 2PhD in Engineering, associate professor, postgraduate student,
Kalashnikov Izhevsk State Technical University
EXPERIMENTAL CHECK OF A TECHNIQUE OF DETERMINATION OF A LAYER OF LUBRICANT WHEN WIRE DRAWING IN THE MODE OF LIQUID FRICTION
Abstract
In this article experimental approach to determination of thickness of a lubricant layer when drawing in the mode of liquid friction is considered. Features of a technique of carrying out experiment and processing of skilled data are given. Need of the accounting of correction coefficient for calculation of thickness of a layer of lubricant when drawing is proved. By results of experiences by authors recommendations to application of the technique described in work when developing technology of drawing are made.
Keywords: liquid friction, wire drawing, correction coefficient, lubricant consumption, technique of a experimental study.
Современное машиностроительное производство, с сертификацией системы менеджмента качества требованиям международных стандартов ISO, уделяет особое внимание качеству поставляемой заготовки. Одним из приоритетных направлений повышения качества заготовки для машиностроения остается совершенствование технологии производства проволоки и калиброванного проката.
Объектом исследования [1] является технология волочения проволоки в режиме жидкостного трения, что безусловно актуально, так как вопрос трения контактных поверхностей инструмента и заготовки определяет качественные показатели готового изделия. В качестве предмета исследования рассматриваются вопросы экспериментального моделирования процесса волочения в режиме жидкостного трения. В работе [2] предложена методика определения толщины смазочного слоя при волочении проволоки, которая ориентирована на обработку экспериментальных данных исследуемого процесса. Целью данной статьи является подкрепление методики [2] результатами эксперимента, а также определение режимов технологического процесса волочения, обеспечивающих жидкостное трение.
Процесс эксперимента заключался в определении расхода смазки при различных режимах волочения, с учетом шероховатости инструмента, проволоки и свойств смазки. А именно, проводилось опытное волочение образцов проволоки длиной 1 м (l) при различных скоростях стана (v). С целью повышения точности исследования, для каждой скорости стана опыты проводились три раза. При этом измерялась масса загружаемой в мыльницу смазки до волочения (m1) и после (m2).
Для опыта был принят действующий маршрут волочения стальной проволоки (СтЗсп, ГОСТ 380-2005) - кр. 6,5 мм - кр.5,7 мм. В качестве инструмента использовалась сборная волока с рабочим углом калибрующего вкладыша 12°, диаметром отверстия напорного вкладыша 6,56 мм, шероховатостью рабочей поверхности ((Ra)J 0,25 мкм. Технологической смазкой послужил мыльный порошок (р=2400кг/м3). Шероховатость заготовки ((Ra)„p) измерялась при помощи контактного профилометра (модель 296 Б-37/Б-751/Б-50) и составила 1,51 мкм. Результаты опыта отражены в табл. 1.
Далее осуществлялась обработка зафиксированных в ходе эксперимента данных. Применяемая для этого методика [2] базируется на сравнении практического (Q„f) и расчетного (QF) расхода смазки. В работе [2] принято, что расход смазки при волочении определяется толщиной, оставшейся на поверхности проволоки. При этом количество смазки, оставшееся на поверхности инструмента невелико, и в расчетах им пренебрегают. Поэтому расчетный расход смазки представлен следующим выражением:
Qp =ж-d • I ■(Яа)пр, (1)
где d - диаметр проволоки, l - длина проволоки, (Ra)пр - высота микронеровностей поверхности проволоки. Практический расход смазки определялся выражением [2]:
Q
х^пр
ml- m2
Р
(2)
где ml - масса смазки в мыльнице до волочения, m2 - масса смазки в мыльнице после волочения, р - плотность смазки.
87
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 11 (42) ■ Часть 2 ■ Декабрь
Таблица 1 - Результаты эксперимента
№ опыта Скорость стана, м/мин Масса смазки в мыльнице до волочения, г Масса смазки в мыльнице после волочения, г
i 120 1000 999,8815 999,8819 999,8821
Среднее значение по результатам трех измерений 999,88183
2 170 1000 999,882 999,8822 999,8825
Среднее значение по результатам трех измерений 999,88223
3 220 1000 999,9257 999,926 999,9261
Среднее значение по результатам трех измерений 999,92593
4 300 1000 999,9241 999,9247 999,925
Среднее значение по результатам трех измерений 999,9246
Опыты показали, что практические результаты эксперимента разнятся с расчетными. Это связано с тем, что практический расход смазки определяется толщиной, разделяющей трущиеся поверхности вследствие жидкостного трения, а также высотой микронеровностей инструмента и проволоки. В связи с этим, для расчета толщины смазочного слоя (Нпр) был введен поправочный коэффициент (а), который является результатом отношения практического расхода смазки к расчетному расходу:
a = -
ml - m2
prnll (Ra)
С учетом поправочного коэффициента расчет толщины смазочного слоя при волочении определялся выражением [2]:
(3)
ml- m2
= a------
ndlp
(4)
Результаты расчета представлены в табл. 2. По полученным данным построена зависимость толщины слоя смазки от скорости волочения (рис. 1).
Таблица 2 - Результаты расчета
Скорость стана, м/мин Толщина смазки, мкм Значение коэффициента, а
120 4,86 1,8
170 4,86 1,8
220 1,938 1,14
300 2,03 1,16
^сумм 1,76 -
Рис. 1 - Зависимость толщины слоя смазки от скорости волочения
88
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 11 (42) ■ Часть 2 ■ Декабрь
На диаграмме показано, что опыты по волочению проволоки были проведены в режиме жидкостного трения. Об этом прямо свидетельствует тот факт, что расчетное значение толщины смазочного слоя (Ипр) на всех скоростных ступенях стана превышает суммарное значение микронеровностей инструмента и заготовки ((Яа)сумм) [2]. Отметим также, что коэффициент а, с увеличением скорости стана, уменьшается. С увеличением скорости волочения значительно возрастает температура трущихся поверхностей. При этом смазка начинает терять свои пластические свойства и под давлением значительная ее часть отгоняется из зоны очага деформации. Т.е. с увеличением скорости волочения, и в связи с этим с уменьшением толщины смазочного слоя на проволоке, практическое значение расхода смазки стремится к расчетному значению.
Предложенный в статье подход [3] дает возможность учесть влияние режимов волочения на толщину смазочного слоя. По данным диаграммы видно, что на более низких скоростях волочения толщина смазочного слоя максимальная. С увеличением скорости волочения толщина смазочной пленки уменьшается, однако все равно процесс волочения осуществляется в режиме жидкостного трения. Данное следствие может быть полезно в проектировании технологии волочения на производстве. Результаты данной статьи справедливы для конкретного случая (кр.6,5 -кр.5,7, СтЗсп), а потому, для проектирования технологии на производстве, следует проводить отдельные исследования по данной методике для конкретных марок сталей, с целью подбора оптимальной скорости волочения.
Основные выводы могут быть сделаны следующие:
1. В расчет толщины слоя смазки на протянутой проволоке введен коэффициент а, который является результатом отношения практического расхода смазки к расчетному расходу. Это позволяет достаточно точно определить толщину смазочного слоя с учетом шероховатостей инструмента и заготовки.
2. Увеличение скорости волочения способствует значительному разогреву трущихся поверхностей, что безусловно сказывается на вязкопластических свойствах смазки. При этом волочение углеродистой проволоки, используемой в данном эксперименте, возможно на более высоких скоростях (300 м/мин) без негативного влияния на режим жидкостного трения.
Литература
1. Селетков С.Г., Иванова С.С. Объект, субъект предмет научно-квалификационной работы // Вестник ИжГТУ. -2014. - №1. - С. 175 - 178.
2. Покрас И.Б., Чикуров Г.А., Касимов М.И. Методика экспериментального исследования процесса волочения в режиме жидкостного трения // Заготовительные производства в машиностроении. - 2015. - №10. С. 32-34.
3. Селетков С.Г. Научный вывод и научный результат в диссертации // Вестник ИжГТУ. - 2012. - № 3. - С. 172-176.
References
1. Seletkov S.G., Ivanova S.S. Ob''ekt, sub''ekt predmet nauchno-kvalifikacionnoj raboty // Vestnik IzhGTU. - 2014. -№1. - S. 175 - 178.
2. Pokras I.B., Chikurov G.A., Kasimov M.I. Metodika jeksperimen-tal'nogo issledovanija processa volochenija v rezhime zhidkostnogo trenija // Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. - 2015. - №10. S. 32-34.
3. Seletkov S.G. Nauchnyj vyvod i nauchnyj rezul'tat v dissertacii // Vestnik IzhGTU. - 2012. - № 3. - S. 172-176.
DOI: 10.18454/IRJ.2015.42.177 Рахманов В.В.* 1, Кабардин И.К. 2, Двойнишников С.В. 3
1 Кандидат технических наук, 2кандидат технических наук, 3кандидат технических наук, ИТ СО РАН Работа выполнена при поддержке грантов РФ ФИ № 15-08-05220 и №14-01-31413 СИНХРОННАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ВОЛНОВОГО ПЛЕНОЧНОГО ТЕЧЕНИЯ НА ВРАЩАЮЩЕМСЯ ДИСКЕ
Аннотация
Показана применимость метода синхронной визуализации для изучения волнового пленочного течения на вращающейся поверхности. Синхронизация осуществляется на основе затворов из нематических кристаллов. Предложенный метод также может быть использован для экспериментальных исследований нестационарных вихревых потоков или для изучения структуры течения в топках котлов.
Ключевые слова: оптический затвор, визуализация, волновое пленочное течение.
Rakhmanov V.V.1, Kabardin I.K.2, Dvoinishnikov S.V.3
:PhD in Engineering, 2PhD in Engineering, 3PhD in Engineering,
Institute of Thermophysics SB RAS
THE SYNCHRONOUS VISUALIZATION OF WAVE LIQUID FILM FLOWS ON THE ROTATING DISK
Abstract
Applicability of the method of the synchronous visualization for the study wave liquid film flows on a rotating surface is shown. Synchronization is carried on the basis of nematic liquid crystals shutters. The proposed method also can be used for experimental researches of unsteady vortex flows or for studying the structure of the flow in the fire chambers of coppers. Keywords: liquid crystals shutters, visualization, wave liquid film flows.
Волновые пленочные течения широко используются в технологических процессах. За счет низкого теплового с опротивления и большой поверхности контакта при малых удельных расходах, применение пленок жидкости является эффективным средством в процессах межфазного тепломассообмена, конденсации и испарения. Частным случаем пленочного течения является течение пленок по поверхности вращающегося диска. Волны, возникающие на поверхности пленки, могут приводить к интенсификации массообмена. Несмотря на наличие большого количества методов измерения толщины пленок, используемых в настоящее время [1, 2], первичная визуализация течения
89
