9. Контактное трение

9.1. Понятие контактного касательного напряжения. Парность сил трения

При взаимодействии деформируемого тела с инструментом на контактных поверхностях возникают силы трения, которые оказывают большое влияние на силы деформирования, на характер формоизменения, качество детали и т.д. Например, при осадке цилиндрической заготовки, чем больше шероховатость бойков, тем больше величина образующейся бочки. При осадке кольцевой заготовки на шероховатых бойках внутренний диаметр уменьшается, а на гладких смазанных - увеличивается и др.

Контактное трение - это механическое взаимодействие двух тел, препятствующее их относительному перемещению в плоскости соприкосновения тел.

Р_д течение

металла

T T R_з



Т_з Т_и

F_и

F_з

Р_д

R_и

Рис.67

Рассмотрим осадку образца силами Р_д , на торцовых плоскостях которого действуют силы трения Т (см. рис. 67) .

Сила взаимодействия элементов заготовки и инструмента на площадках F_з и F_и в общем случае направлена под углом  к нормали. Касательная составляющая Т силы взаимодействия R называется силой трения. В соответствии с 3-м законом Ньютона силе R_з, действующей на заготовку, соответствует такая же сила R_и, действующая на инструмент.

Таким образом, на контактной поверхности заготовки F_з возникает сила трения Т_з сопротивления перемещению заготовки относительно инструмента, а на контактной поверхности F_и инструмента возникает сила трения Т_и активного действия, которая стремится увлечь инструмент в направлении движения заготовки.

С ила Т_з влияет на качество поверхности заготовки, а сила Т_и влияет на износ инструмента. Это положение известно, как закон о парности сил контактного трения сопротивления и активного действия. Силы трения относят к единице площади поверхности трения и величину _к = lim T/F при F 0

называют контактным касательным напряжением.

При анализе силового режима и формоизменения заготовки оперируют напряжением _кз, действующим со стороны инструмента на заготовку, при анализе нагрузки на инструмент оперируют напряжением _ки , действующим со стороны заготовки на инструмент.

Трение в обработке давлением качественно отличается от трения в машинных парах. Во-первых, при пластическом деформировании контактная поверхность детали и инструмента непрерывно обновляется, т.к. увеличивается площадь контактной поверхности. Во-вторых, относительное перемещение деформируемого тела и инструмента в большинстве операций значительны и различны для различных точек контактной поверхности. В-третьих, при обработке металлов давлением имеют место высокие давления и температуры на контактных поверхностях.

Например, если в подшипниках и направляющих машин общего назначения контактные давления не превышают 20-40 МПа, в тяжелонагруженных парах трения кухнечно-штамповочного оборудования они возрастают до 50-100 МПа, то при холодной пластической деформации на контактных поверхностях давления доходят до 2000-2500 МПа. При горячей обработке металлов давления ниже, но на контактных поверхностях действует высокая температура - 800-1000 ⁰С и более. Совместное влияние высоких давлений и температур вносит еще более существенное изменение в процесс взаимодействия инструмента с заготовкой по сравнению с трением в машинных парах.