Способ определения сил контактного трения при осадке

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1004.78 (21) 2602033/18-27с присоединением заявки Йо(51)М. Кл.0 011/02В 21 Ю 5/00 Государственный коынтет СССР по делам нзобретеннй н отнрытнй(71) Заявитель Ижевский механический институт(54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ КОНТАКТНОГО ТРЕНИЯ ПРИ ОСАДКЕ Рж г 12(й - 1)где Р -й,гИзобретение относится к области обработки металлов давлением и касется, в частности техники измерения средних сил контактного трения при осадке как операции, наиболее распространенной и характерной для по давляющего большинства процессов объемного деформирования металлов ковкой, штамповкой и прессованием.Известен способ определения сил контактного трения при осадке, включающий деформирование между параллельными плитами кольцевого образца, высоту и диаметр центрального отверстия которого выбирают в пределах 15 20 - 25 и 45 - 55 величины наружного диаметра соответственно Г 13.Однако известный способ пригоден только для высоких значений коэффициента трения и может быть исполь зован с достаточной точностью лишь для сухого и полусухого (И ) 0,1) режима трения, когда технологическая смазка в очаге деформации практически отсутствует. Последнее о.стоятельство не отвечает современным требованиям кузнечно-прессовых цехов, где в максимально-возможной степени блокируют указанные режимы трения, заменяя их на граничное, или, что 30 удается реже, на полужидкостное трение.Цель изобретения - повышение точности измерений.Для достижения поставленной цели деформирование ведут в две стадии, на первой из которых образец осаживают со степенью деформации 5-8, после чего заполняют внутреннюю полость образца рабочей жидкостью, например, машинным маслом и осуществляют вторую стадию деформирования, замеряют при этом давление в полости осаживаемого образца, а определение силы контактного трения производят по зависимости: давление жидкости в полостиобразца;текущее значение высоты образца;наружный и внутренний торцовые полудиаметры образцасоответственно;усредненная удельная силатрения.Па чертаэ представлена схема уст ройства для реализации способа.Устаиовка содержит насос высокого давления 1 трубопровод 2 с макоме ром 3.В никием бойке 4 выполнен радиальный канал 5 сообщающийся ступенчатым Осевым каналом б с осевой сквоз- КОЙ пОлОстью Образца 7, В Осевом какале смон-ирован Обратный клапан 8, Н цилиндоической расточке верхнего бойка 9 оаэмещен стакан 10 с наклеенными 1 е к э О а "ч и 1 акли 1 1 нижней донкой частью стах.:.На контак" тирует толкатель 12, обращенный К Образцу, нижний тОРец КОТОРОго снаб- жен резиновой мембраной 13, что обес печнвает практически нулевую ут;.ч- КУ СмаЭКК. ДЛЯ Э ИХ жЕ ЦЕЛЕЙ ТОЛКа тль приткралсЯ с помощью пасть 1 1 ОИ Б своем посадочном гнезде, Поступаемый От текэодачиков сигнал услиюС., .ается текэостанцией УТСи эа ем ЗапИСЫЬаЕТСЯ ОсцИЛЛОГрафоМ И"700 (для у 00 щекия чеРтека условно ке показаны),Способ осуществляется следующим образом,.Перед выполнением способа, рабочую пОВерхкость бойкОБ 4, 9 поотирают ацетоном к просушивают, Иа кккий боек 4 концектрично устанавливаю" кольцевой образец 7. Затем производят Осадку Образца со степенью деформации, лежащей в интервале 5-8 О, и оставляют его в штампе под этой же нагрузкой, Таким образом достигают требуемую в последующем герметичность го контактным поверхностям. Далее в гидрополость образца 7 насосом 1 высокого давления по трубо- Гроводу 2 и радиальному каналу 5 через обратный клапан 8 закачинают МаШИННОЕ МаСЛО ПОд НаиаЛЬНЫМ даБЛЕ- кием, например, величиной в 100 атм. После подачи рабочей среды Б полость образца включают испытательную машину (или пресс) и продолжают Осадку, Б процессе которой давление гидро- полости увеличивается в соответствии с силами пластического трения на Говерхности кОнтакта, При этом записывают усилие Осадки, степень деформации и давление жидкости Б полости кольцевого образца,.Зависимость для определе-:ия удельных сил трения ПО величине развиваемого при осадке з полости образца давления получена ка Основе тео- рЕТИЧЕСКОГС аналИЭа МахсНИЭма фОр" МОИЗФЕ-ЕНИЯ КОЛЬЦа И Б ДНЛЬКЕЙШЕМ провесека на базе экспериментальных исследований, даннь 1 е которых зафиксировалк надежность способа, легкость его воспроизводства и реализации Б практикуеиь 1 х режимах дефор- ЛсаЦИИ а тсКЖЕ ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУ- чаемого материала. Погрешность Б излерении разработанным способом может быть внесена лишь искажением образующей внутренней поверхности Образца, Для исключения этого отрицательного явления необходимо соблюдать определенное соотношение геометрических размероэ Образца, которое позволит сох-,Ть неизменной геометрию кольца при осадке, Поэтому испытуемым образцам придают высоту 20-253 наружного диаметра, а его внутреннему отверстию-диаметр не более 45-55% наружного. Соблюдение указанных соотношений оправдано стабильностью получаемых результатов и дает возможность предупредить искажение профиля осевой полости. Искажение образующей наружкой поверхности образца при этих соотношениях практически кесущественнс, да и не сказывается на точности измерения разработанным способом по заложенному в нем принципу и методике осуществления. к.еэависимо от искривления образующих наружных и внутренних поверхностей Б расчетах следует принимать значения контактных диаметров 2 К л 2 г, поскольку именно они определяют факти-:ескую площадь контакта, по которой действуют удельные силы трения. Давление сжимаемой рабочей среды уравновешивает действие только сил контактного трения и соответственно, равнодействующая сил радиального давления среды определяется лишь площадью, ограниченной проекцией внутренней поверхности, а следовательно, не зависит от величины искривления.По технике подготовки и проведения измерительных работ в предлагаемом способе преобладает в основном, доля граничного трения (О, 1 м) 0,01), при котором отсутствует какое-либо искажение пройиля внутреннего диаметра кольцевого образца в Биде корсето - или бочкообразности. Это замечание отвечает цеховым условиям штамповки с элементами осадки и дает основание говорить о достаточной для практики точности оценки сил контактного трения.Поясняя механизм и существо способа, кратко остановимся на узловом принципе, положенном в основу способа определения удельных сил контактного трения при осадке. Рабочая жидкость, замкнутая и сжатая в центральном отверстии образца, препятствует перемещению осаживаемых объемов металла к эпицентру течения, которыл служит осевая линия кольца.Преодолевая силы контактного трения, жидкость проталкивает металл деформируемого образца в радиальных от эпицентра течения направлениях, вынуждая его течь по лучевым траекториям в сторону наружного диаметра(имеется некоторое механическое подобие с поведением большой капли эагущенных чернил, упавшей строго вертикально с небольшой высоты на плоскость стола). При этом увеличивается как внутренний, так и наруж ный диаметры образца, а давление в жидкости будет параметрически определяться величиной сил контактного трения. И обратная картина - силы контактного трения будут находиться в прямой функциональной взаимосвязи с развиваемыми в жидкости при осадке данлениями. Можно сказать, что имитируя в сборке с образцом сплошное тело, сжимаемая жидкость нместе с тем выполняет активную роль приво 5 да проталкивания металла между параллельными плитами. Тем самым создаются естественные условия радиального осесимметричного течения осаживаемого металла. которые являются опреде ляющими для реальных режимов осуществления штамповки с элементами осадки. Таким образом, достаточно строго силы сжимаемой н осевой гидрополости кольцевого образца жидкости моделируют усилия проталкивания, Соблюдается и необходимое для замеров истинных сил трения условие действия элементарных сил трения на контактной поверхности н радиальных направлениях. ЗОПредложенный способ, приближая условия осадки к естественным, а проведение измерений - к простым действиям, дает воэможность получать меньшие отклонения показаний от 35 фактических, повышает достоверность результатов измерения и его точность.Полученные с помощью разработанного способа данные позволяют облегчить и ускорить выбор технологических смаэок, поверхностно-активных веществ и твердо-смазочных покрытий, сыграют прогрессивную роль н повышении точности прогнозирования стойкос ти штампоного инструмента, внесут5 уточняющие коррективы в определение деформирующих усилий и обоснованный расчет мощности силового технологического оборудования (молоты, гидро- прессы), что даст эффект н народном хозяйстве. В результате получения новой информации также существенно расширятся известные представления о природе и закономерностях процесса осадки в улучшенном режиме трения. 55П р и м е р. Для апробации предлагаемого способа использовался гидропресс КИРУ, усилием 100 тс, установленный в лаборатории кафедры "Машины и технология обработки ме таллон давлением"В качестве заготовок использовалась партия кольцевых образцов (60 шт) из алюминиевого сплава АДс исходными размерами: наружный диаметр Дн - Зб мм, внутренний диаметр д - 19 мм, высота Ь - б мм. Степень деформации образцов определялась выполненным в ниде консольной балки с наклеенными тенэодатчиками ходомером. Оценка усилия осадки производилась датчиком давления ЭДД, подсоединенным к масло- проводу гидросистемы пресса. Программа осуществления разработанного способа включала использование трех комплектов сменных бойков с разной шероховатостью зеркала рабочих поверхностей:б - грубое шлифовавие, с; 8 - чистое шлифование, 7 10 - полирование, Параметры шероховатости поверхности определялись после обработки профилограмм, записанных на профилографе-профилометре 201.Реализация способа осуществлялась н следующей последонательности,Перед осадкой бойки и заготовки протирались ацетоном и просушивались. Затем установленному на нижний боек образцу ходом ползуна гидропресса вниз данали обжатие : 5-8 и фиксировали усилие осадки неизменным. Затем от насоса высокого давления в центральное отверстие поджатого бойками образца нагнетали машинное масло. Величина давления достигала 100 атм,Как показали опыты, значение начального давления не оказывает влияния на конечные результаты замерон, После заполнения гидрополости образца машинным маслом продолжали осадку, записывая одновременно усилия осадки, степень деформации и давление жидкости в образце. Тарировка измерительных устройств производилась последовательно. Датчик усилия осадки тариронали по манометру, установленному на прессе. Датчик давления жидкости - по манометру, подсоединенному к трубопроводу насоса высокого давления, Расшифровка осциллограмм велась с использованием тарировочных графиков. Расчет удельных сил трения производится по Формуле заявки.Сравнительные данные измерений по известному и предложенному способам приведены в таблице. Принятые в ней обозначения: с. - степень деформации, Р - удельное усилие осадки, Т - боковое усилие проталкивания, К, г и Ь - текущие размеры образца (н известном способе - полуцилиндр), Р, - давление масла в полости образца, , - удельная сила контактного трения, ь - относительная разница значений сил трения по двум способам.+1,1 +2,3 +3,8 +4,6 5,53 22,0 5,27 29,1 4,86 37,3 4,65 44,3 4,25 53,5 40 4730 6,25 18,59 8,84 50 5570 7,53 19,02 9,16 60 6560 8,47 19,80 9,51 70 7820 9,31 20,23 9,73 80 8900 9,71 21,20 10,16 6,32 7,71 8,80 9,76 7,8 12,2 19,0 22,4 29,1 10,30 +5,7 П р и м е ч а н и е:в обоих способах для осадки использовались одни бойки, имеющие класс чистоты рабочих поверхностей 8. 20 40 Формула изобретения Анализ табличных данных показывает, что отсутсвие учета схемы теченияметалла при осадке и его затеканияна опорные торцы упругих элементовприводит в известном способе к накапливаемым ошибкам измерений, возрастающим по мере увеличения степенидеформации.Поскольку осадка образца с полостьй, заполненной жидкостью эквивалентна осадке сплошного образца, то впредлагаемом способе существенно расширяются технологические возможности,так как он позволяет определять средние силы трения не только при осадке кольцевых, но и сплошных образцов,при высокой степени точности измерения,Способ определения сил контактного трения при осадке, включающий деформирование меу параллельн плита4 кольцевого образца, высоту и диаметр центрального отверстия которого выбирают в пределах 20-25 и 45-55 величины наружного диаметра соответ 1 ственно,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, деформирование ведут в две стадии, на первой из которых образец осаживают со степенью деформации 5-8, после чего заполняют внутреннюю полость образца рабочей жидкостью, например, машинным маслом, и осуществляют вторую стадию деформирования, замеряя давление жидкости в полости осаживаемого образца, а определение силы контактного трения производят по зависимости:ряс ь"чй- ) где Рщ - давление рабочей жидкостив полости образца,Ь - текущее значение высотыобразца;й,г - наружный и внутренний торцевые полудиаметры образца,ср - усредненная удельная силатрения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кокрофт М.Г. Смазка и смазочные материалы, "Металлургия", 1970,с, 34.748151 Составитель Е. СубботинРедактор Г. Волкова Техред я, Бирчак Корректор Е. Па Заказ 435 Подписо СССР Филиал ППП "Патент", г. Уж ул. Проектная,О/9 Тираж, 1019 ЦИИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс митетаоткрытиая наб.