CC BY
27
УДК 621.7.014.2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СМАЗКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
© 2018 Я.А. Ерисов1, В.А. Костышев2, И.Н. Петров2
1 Самарский научный центр Российской академии наук 2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
Статья поступила в редакцию 06.12.2018
В данной статье проведено экспериментальное исследование влияния различных видов смазки на величину коэффициента трения при вытяжке. Для расчетов использовался метод разности усилий, позволяющий определять коэффициент трения с инженерной точностью. В результате проведенных исследований было выявлено, что наиболее низкий коэффициент трения наблюдается при смазке маслом с прокладкой из полиэтиленовой пленки.
Ключевые слова: коэффициент трения, вытяжка, смазка, метод разности усилий, алюминиевый сплав 3104, технический алюминий А5.
Процесс обработки давлением относится к высокоэффективным и экономичным способам получения металлических изделий. В последнее время, большое количество научных исследований посвящено, одному из перспективных технологических методов производства в этой области - листовой штамповке [1-3]. Дальнейшее развитие и совершенствование этих процессов требует создания оптимальных условий внешнего трения, которое при обработке металлов давлением, за исключением отдельных операций, является вредным фактором [4].
Чаще всего величину силы трения определяют через коэффициент трения. Поэтому для решения технологических и конструкторских задач требуется с достаточной степенью достоверности определить среднюю величину коэффициента внешнего трения в зоне деформации.
Существует несколько способов определения коэффициента трения в процессах листовой штамповки: метод свёртки [5], метод вытяжки с утонением [6] и метод разности усилий [7]. Данные методы определения коэффициента трения удобны тем, что в сам процесс не вносится никаких изменений. Принципиально те же приемы расчетов применимы и для других процессов обработки металлов давлением. Недостатком указанных методов является то, что полученные расчетные значения коэффициентов трения отражают все погрешности ис-
Ерисов Ярослав Александрович: кандидат технических наук, доцент, инженер отдела металлофизики авиационных материалов Самарского научного центра Российской академии наук. E-mail: yaroslav.erisov@mail.ru Костышев Вячеслав Александрович: доктор технических наук, профессор, профессор кафедры обработки металлов давлением Самарского университета. Петров Илья Николаевич: студент группы 1239 института ракетно-космической техники Самарского университета. E-mail: ilpetrof110895@yandex.ru
пользованных формул и не могут быть приняты как точные абсолютные величины. Однако, для сравнительных целей, например для выбора лучшей смазки, методы этой группы предпочитают всем прочим [4]. Кроме того для первых двух методов характерны следующие недостатки: трудоемкость изготовления заготовок, низкая точность при малых силах трения.
В данной работе выполнено экспериментальное исследование влияния разных видов смазки на коэффициент трения.
Для определения коэффициента трения использовался метод разности усилий, то есть изменение усилия вытяжки при изменении на известную величину усилия прижима [5]:
(1)
где р - коэффициент трения; ДР - разность усилий вытяжки; ДО - разность усилий прижима.
Также для расчетов использовалась не только классическая зависимость (1), предложенная А.А. Шофманом, а более точная зависимость, обеспечивающая меньшую погрешность [8]:
A ru)hQ
п
(2)
где гц- радиус вытягиваемого стакана; гн - радиус заготовки.
Экспериментальное исследование влияния различных видов смазки на коэффициент трения проводилось на машине для испытаний листового материала 7тоск/Кое11 ВиР 200. Геометрия и размеры инструмента приведены в табл. 1.
Исследования проводились на холоднокатаных листах из алюминиевого сплава 3104 и технического алюминия А5 толщиной 0,25 мм и 1 мм соответственно, диаметр заготовки 60 мм.
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 20, № 6, 2018
Таблица 1. Геометрия и размеры инструмента для вытяжки
Толщина испытываемого материала, мм Диаметр матрицы, мм Диаметр пуансона, мм Радиус скругления матрицы, мм Радиус скругления пуансона, мм
0,25-0,345 33,8 33 2,5 5
0,941-1,13 35,6 5
Таблица 2. Результаты расчетов коэффициента трения по данным эксперимента
Материал Смазка 01, 02, Р1, кН Р "а А?, АР, М
(толщина) кН кН кН кН Ф.(1) Ф.(2)
Обезжиренный образец 1,9 2,3 7,7 7,74 0,4 0,04 0,047 0,064
1,9 2,7 7,7 8,09 0,8 0,39 0,188 0,246
2,3 2,7 7,74 8,09 0,4 0,35 0,298 0,382
Мер 0,178 0,231
Масло индустриальное 1,3 1,7 7,48 7,54 0,4 0,06 0,068 0,092
1,3 2 7,48 7,64 0,7 0,16 0,099 0,132
3104 марки И-20А 1,7 2 7,54 7,64 0,3 0,1 0,137 0,181
(0,25 мм) Мер 0,101 0,135
Масло индустриальное марки И-20А 1,3 1,7 6,75 6,8 0,4 0,05 0,057 0,078
1,3 2 6,75 6,83 0,7 0,08 0,053 0,072
с полиэтиленовой плёнкой 1,7 2 6,8 6,83 0,3 0,03 0,047 0,064
Мер 0,052 0,071
Обезжиренный образец - - - - - - - -
Масло 5 10 15,85 16,56 5 0,71 0,064 0,086
индустриальное марки И-20А 5 12,5 15,85 17,04 7,5 1,19 0,071 0,095
А5 10 12,5 16,56 17,04 2,5 0,48 0,085 0,112
(1 мм) Мер 0,074 0,098
Масло 5 10 13,05 13,8 5,3 0,75 0,064 0,086
индустриальное марки И-20А с полиэтиленовой плёнкой 5 12 13,05 13,92 7,3 0,87 0,055 0,073
10 12 13,8 13,92 2 0,12 0,029 0,039
Мер 0,049 0,066
При вытяжке изменялись условия трения -использовались обезжиренный образец; масло индустриальное марки И-20А; масло индустриальное марки И-20А с прокладкой из полиэтиленовой пленки
В табл. 2 приведены результаты расчетов коэффициента трения по формулам (1) и (2). Сле-
дует отметить, что при вытяжке заготовок из алюминиевого сплава А5 без смазки образец разрушался. Отличие в значениях коэффициентов трения для различных материалов объясняется различной шероховатостью исходных образцов.
Сопоставляя значения, полученные по формулам (1) и (2), видно, что классическая фор-
мула А.А. Шофмана дает заниженные значения по сравнению с зависимостью, предложенной в работе [8]. При этом с увеличением толщины заготовки расхождение между формулами уменьшается, что согласуется с результатами компьютерного моделирования, проведенными в работе [8].
В целом наиболее низкий коэффициент трения наблюдается при смазке маслом с прокладкой из полиэтиленовой пленки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демьяненко Е.Г., Попов И.П. Исследование способа формообразования тонкостенных деталей на основе процессов отбортовки и формовки // Авиационная техника, 2016. № 2. С. 114-118
2. Демьяненко Е.Г. Формообразование тонкостенных осесимметричных деталей выпуклой и вогнутой формы на основе процесса отбортовки // Заготовительные производства в машинострое-
нии. 2014. № 7. С. 23-28
3. Нестеренко Е.С., Гречников Ф.В. Расчет параметров процесса вытяжки детали «полусфера» в штампе с упругим элементом // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2017. № 4 С. 62-68.
4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
5. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1947. 533 с.
6. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. Справ.изд. М.: Металлургия, 1982. 312 с.
7. Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. - 364 с.
8. К определению коэффициента трения в процессах листовой штамповки / Я.А. Ерисов, Ю.С. Горшков, И.А. Камайкин, И.Н. Петров // Кузнечно-штамповочное оборудование. Обработка металлов давлением. 2017. № 6. С.14-17.
EXPERIMENTAL RESEARCH OF THE INFLUENCE OF LUBRICATION ON FRICTION ^EFFICIENT DURING DRAWING
© 2018 Ya.A. Erisov1, V.A Kostyshev2, I.N. Petrov2
1 Samara Scientific Center of Russian Academy of Science 2 Samara National Research University named after Academician S.P. Korolyov
It was conducted an experimental study of the effect of various types of lubricant on the magnitude of the friction coefficient during drawing. For calculations a method of difference of forces was used, which allows determining the friction coefficient with engineering accuracy. As a result of the research it was found that the lowest friction coefficient is observed when lubricating is done with oil and polyethylene film. Keywords: coefficient of friction, drawing, lubrication, method of difference of forces, aluminum alloy 3104, commercial aluminum A5.
Yaroslav Erisov, Candidate Degree in Engineering, Engineer, Samara Scientific Center of Russian Academy of Science. E-mail: erisov@ssau.ru
Vyachaslav Kostyshev, Doctor Degree in Engineering, Professor, Professor of Metal Forming Department of Samara University. E-mail: Kostyshev@ssau.ru Ilya Petrov, Student of Institute of Space Rocket Engineering of Samara University. E-mail: ilpetrof110895@yandex.ru
