Условия улучшенного (смешанного) режима трения при волочении Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.778

Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Чернова Т.В.

УСЛОВИЯ УЛУЧШЕННОГО (СМЕШАННОГО) РЕЖИМА ТРЕНИЯ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

Аннотация. Предложена методика оценки режима смешанного трения при волочении, коэффициент трения для которого находится в пределах коэффициент жидкостного трения - коэффициент граничного трения. Из условий нагнетающей способности одинарной волоки определена толщина слоя смазки в начале зоны деформации.

Ключевые слова: волочение, волочильный инструмент, гидродинамическое трение, смазочный слой, коэффициент трения

Kholmogorov G.L., Trofimov V.N., Chernova T.V.

IMPROVED (COMBINED) FRICTION RATE CONDITIONS BY DRAWING

Abstract. Method of combined friction rate assessment by drawing is offered. Friction coefficient of this rate is in scope «coefficient of friction of complete lubrication - coefficient of friction of boundary lubrication». From the conditions of forcing capability of single die the lubrication layer depth in the beginning of deformation zone is defined.

Keywords: drawing, drawing tool, hydrodynamic friction, lubricating layer, coefficient of friction.

В технологических процессах обработки металлов давлением большую роль играет внешнее (контактное) трение между обрабатываемым материалом и технологическим инструментом [1]. Особенно велика роль трения при волочении, на преодоление которого расходуется значительная часть (40-50%) общего усилия волочения. Силы трения приводят к износу волочильного инструмента, налипанию протягиваемого материала на волочильный инструмент, ограничению скоростей волочения из-за чрезмерного разогрева контактных поверхностей изделия и волочильного инструмента.

Наиболее эффективным путем решения проблемы снижения сил трения при волочении является реализация условий жидкостного трения за счет гидродинамического эффекта технологической смазки, так называемое гидродинамическое волочение [2]. Отличительной особенностью режима гидродинамической смазки является существование достаточно толстого разделительного слоя смазки между поверхностями обрабатываемого изделия и инструмента. Смазочный слой при этом имеет толщину, превышающую высоту микронеровностей поверхностей деформируемого тела и инструмента, обеспечивая разделение поверхностей и механически экранируя трущиеся поверхности от контакта.

(2)

ho > К + К

(1)

где Я, Я — средняя высота микронеровностей заготовки и инструмента соответственно.

Учитывая, что для волочильного инструмента

я; >> Я , можно условие реализации гидродинамического трения (1) записать в следующем виде:

Наряду с положительным влиянием режима жидкостного трения на основные технологические параметры процесса волочения следует отметить, что при гидродинамическом волочении качество поверхности изделий несколько уступает по сравнению с волочением в граничном режиме трения, поскольку волочильный инструмент за счет механического экранирования контактных поверхностей не производит сглаживающего действия на микронеровности протягиваемого изделия. Данный момент зачастую является сдерживающим фактором при использовании процесса гидродинамического волочения. Следует отметить также, что наличие излишнего слоя смазки на протягиваемой заготовке может оказаться нежелательным при проведении промежуточных термообработок в случае многократного волочения. В данном случае на поверхности заготовки могут сохраняться продукты сгорания смазки, снижающие качество поверхности изделий и затрудняющие последующее волочение. При этом может оказаться рациональным реализация улучшенного трения с пониженным коэффициентом трения по сравнению с коэффициентом граничного трения.

В качестве параметра, определяющего коэффициент улучшенного трения, предлагается использовать толщину смазочного слоя в очаге деформации, полученную в результате решения гидродинамической задачи течения смазки в рабочем конусе волочильного инструмента. Коэффициент улучшенного трения определяется при этом следующей зависимостью:

f = f - ( f - f )—

J J гр w гр J ж / j-уз

К

(3)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ

где /гр — коэффициент граничного трения; /ж - коэффициент трения, соответствующий жидкостному режиму смазки.

В соответствии с формулой (3) при Ь0 = 0 реализуется режим граничного трения ( = Ігр), при Ь0 = соответственно режим жидкостного трения (І = Іж).

Учитывая то, что / »/ж, соотношение (3) упрощается и имеет вид

(

1 _ к_

я

\

(4)

г /

Толщина слоя смазки в зоне деформации может быть рассчитана с учетом закономерностей течения смазки в рабочем конусе волочильного инструмента (см. рисунок)

Рабочий конус волочильного инструмента

Течение применяемых при волочении жидких смазок описывается дифференциальным уравнением [2]

ау _ ф_

йу2 ц. ах

(5)

(6)

Градиент давления смазки определяется из условия постоянства расхода смазки по длине смазочного слоя

q = | Ух^у = соті .

После подстановки соотношения (6) интегрирования и упрощений получим

йр/йх = 6 /иУ0 (1 - 2q)|h2

(7)

где д = д / У0Н - объемный расход смазки.

При волочении в качестве смазки находят широкое применение минеральные масла, вязкость которых определяется давлением в смазочном слое по формуле

а-р

(8)

где Ц0 - динамическая вязкость при атмосферном

давлении; ОС - пьезокоэффициент вязкости.

Кроме минеральных масел в качестве смазки применяют эмульсии, вязкость которых с давлением не изменяется [2]

¡и( р) = соті

(9)

Для минеральных масел с зависимостью вязкости от давления (8) решение дифференциального уравнения (7) после определения постоянной интегрирования из условия р\х=о = 0 получим распределение давления смазки в рабочем конусе волоки, которое дает для входа в зону деформации

р = --1п(1 - Ъ^У°-), а h0іgae

(10)

где Кх — осевая составляющая скорости течения смазки в рабочем конусе волоки; Ц - динамическая

Ор

вязкость; — - градиент давления в слое смазки в Ох

направлении волочения.

Интегрируя дифференциальное уравнение дважды по у, получим

тл 1 ёр 2

К =Т—-Г-у + СУ + С2.

2^ ох

Постоянные интегрирования С1 и С2 определяются из граничных условий прилипания смазки к поверхностям протягиваемого изделия и волочильного инструмента Кх|у=0 = К0 , Кх|у=ь = 0 .

После определения постоянных интегрирования получим распределение скорости течения смазки в смазочном слое

Из соотношения (10) определяется толщина слоя смазки на входе в зону деформации [2]

К0

3«М)У0

іgae (1 - )

(11)

где рвх - давление смазки на входе в зону деформации.

Величина рех определяется из условия пластичности для входящей в зону деформации проволоки

Ат (12)

где - сопротивление деформации протягиваемого материала; с0 - напряжение противонатяжения при волочении.

С учетом соотношения (12) выражение (11) примет вид

К =-

3«^0у0

іgaв [1 - е~“(ст* ~СТ0)]'

(13)

Для эмульсий с постоянной вязкостью от давления (9) решение дифференциального уравнения (7)

смазки (а, /л0) и технологических параметров

(V0, tgae ,cts ,ст0) рассчитывается значение h0 и по формуле (4) для известного значения средней высоты микронеровностей поверхности заготовки Щ оценивается коэффициент трения улучшенного (смешанного) режима смазки при волочении. Найденное значение коэффициента трения улучшенного режима может быть использовано в расчетах энергосиловых режимов процесса волочения [3].

Выводы

1. Предложена аналитическая зависимость для определения коэффициента трения улучшенного (смешанного) режима смазки при волочении.

2. Определена нагнетающая способность смазочного конуса рабочей волоки. Получена формула для определения толщины слоя смазки на входе в зону деформации при волочении, позволяющая оценить коэффициент трения улучшенного (смешанного) режима смазки.

Список литературы

1. Колмогоров Г Л., Ковалев А.Е., Бажин A.A. // Изв. вузов. Черная металлургия. 2002. №9. С. 64-65.

2. Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 168 с.

3. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971. 448 с.

References

1. Kholmogorov G.L., Kovalev A.E., Bazhin A.A. // Izv. Vuzov. Chernaja metallurgija. 2002. №9. P. 64-65.

2. Kholmogorov G.L. Hydrodynamic lubrication by metal forming. M.: Metallurgija, 1986. 168 p.

3. Perlin I.L., Ermanjuk M.Z. Drawing theory. M.: Metallurgija, 1971. 448 p.

УДК 621.778

Харитонов B.A., Столяров А.Ю.

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ НА РАЗРУШЕНИЕ ПРОВОЛОКИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

Аннотация. В работе с помощью математического моделирования в программной среде «DEFORM» рассмотрено влияние основных параметров процесса волочения, таких как форма очага деформации и коэффициент трения на разрушение проволоки. За основной показатель разрушения принят критерий M.G. Cocroft-D.J. Latham «С». Полученные результаты моделирования подтверждены экспериментальными данными.

Ключевые слова: проволока высокоуглеродистая, волочение, очаг деформации, разрушение, критерий, эксперимент, моделирование, технология, совершенствование.

Haritonov V.A., Stolyarov A.Y.

EFFECT OF GEOMETRIC PARAMETERS OF THE DEFORMATION ZONE ON DESTRUCTION OF THE WIRE DURING DRAWING

Abstract. In the work with the help of mathematical modeling software environment «DEFORM» estimated effect of the main parameters of the process of drawing, such as the form of the deformation zone and the coefficient of friction on the destruction of the wire. The main indicators of destruction adopted criterion MG Cocroft-D.J. Latham «C». The results are confirmed by modeling the experimental data.

Keywords: high carbon wire, drawing, deformation, destruction, criterion, experiment, simulation, technology, improvement.

По мнению известного учёного в области обра- таллов сводится к теории очага деформации, которая

ботки металлов давлением А.А. Преснякова: «Теория позволяет с определённой точностью оценивать

любого технического процесса формоизменения ме- нагрузки на оборудование, энергетические затраты на

дает распределение давления по длине смазочного слоя, определяющееся зависимостью

р =----6^/0------х . (14)

(кс - xtgae )Пс

Уравнение (14) при х = 1с определяет давление в слое смазки к началу зоны деформации

р = • I , (15)

± ех 1 1 с 5

пп

0 с

где 1с - свободная длина рабочего конуса волоки.

Из геометрических соотношений следует

1с = (Пс - П)/%«в .

Подставляя данное соотношение в выражение (15), после упрощений получим

рт=-6^, (16)

h0tgaв

откуда следует

ho =

6MoVo

pex tgae

С учетом условия пластичности для входа в зону деформации имеем окончательно

К0 =------6^У----- (17)

іga<t К -ст„)

При известных реологических характеристиках