3. Контрольный пример расчета износа волоки.

Исходные данные для расчета среднего примера

Исходные данные	обозначение	величина
1. Характеристика деформирумого материала:
- марка деформируемого материала	Сталь 70
- параметры функции деформационного упрочнения	s = s исх + D t’
- исходный предел текучести, МПа	s исх	450
- модуль деформационного упрочнения, МПа	D	386
- степень деформационного упрочнения	t’	0,189
- диаметр исходной заготовки, мм	dисх	3,1
Диаметр металла до волочения, мм	d0	2,25
2. Параметры волоки:
- диаметр волоки, мм	d1	2,04
- полуугол деформирующего конуса волоки, градус		5
3. Технологические параметры:
- скорость волочения, м / с	V1	2,00243
- коэффициент контактного трения	f	0,1
- коэффициент противонатяжения	k0	0

Энергосиловые параметры:

– скорость скольжения, .

Микрогеометрические характеристики поверхности более твердого материала элементов трибосопряжения:

– среднеарифметическое отклонение профиля, ;

– максимальная высота профиля, ;

– комплексный параметр шероховатости;

– комплексный параметр приработанной шероховатости;

– параметр опорной кривой;

– параметр опорной кривой.

Свойства материалов элементов трибосопряжения:

– предел прочности материала волоки, ;

– предел текучести материала волоки, ;

– предел прочности материала проволоки, ;

– предел текучести материала проволоки, ;

– твердость материала волоки по Виккерсу, ;

– твердость материала проволоки по Виккерсу, ;

– энтальпия плавления материала волоки и проволоки (железа), ;

– энтальпия плавления материала проволоки (железа), ;

– модуль упругости материала волоки, ;

– модуль упругости материала проволоки, ;

– модуль сдвига материала волоки, ;

– модуль сдвига материала проволоки, ;

– коэффициент Пуассона материала волоки;

– коэффициент Пуассона материала проволоки;

– упругая постоянная материала волоки, ;

– упругая постоянная материала проволоки, ;

– плотность материала волоки, ;

– плотность материала проволоки, ;

– коэффициент гистерезисных потерь;

– коэффициент теплоотдачи поверхности материала, ;

– коэффициент теплопроводности материала колодки, ;

– коэффициент теплопроводности материала проволоки, ;

– удельная теплоемкость материала волоки (коэффициент теплоемкости ), ;

– удельная теплоемкость материала проволоки (коэффициент теплоемкости ), ;

– коэффициент температуропроводности материала волоки, ;

– коэффициент температуропроводности материала проволоки, ;

– механический эквивалент тепла ;

– касательное напряжение межмолекулярного сцепления, ;

– коэффициент влияния нормального напряжения на коэффициент трения.

2. Расчет коэффициента трения

2.1. Определение вида состояния

2.1.1. Контурное давление

1). Площадь поперечного сечения исходной заготовки, мм²

2). Площадь поперечного сечения металла до волочения в текущем проходе (до текущего прохода), мм²

3). Площадь поперечного сечения металла после текущего прохода, мм²

,

где – диаметр металла после текущего прохода, равный диаметру волоки, мм.

4). Коэффициент суммарной вытяжки до текущего прохода

5). Степень суммарной деформации до текущего прохода, %

6). Коэффициент (единичной) вытяжки в текущем проходе

7). Степень (единичной) деформации в текущем проходе, %

8). Коэффициент суммарной вытяжки после текущего прохода

9). Степень суммарной деформации после прохода, %

10). Предел текучести деформируемого материала до текущего прохода, МПа

11). Предел текучести деформируемого материала после текущего прохода, МПа

12). Средневзвешенный модуль упрочнения, МПа

при прямолинейном законе упрочнения в очаге деформации

при логарифмическом законе упрочнения в очаге деформации

13). Напряжение противонатяжения, МПа

14). Промежуточные коэффициенты

и

Механическая составляющая коэффициента трения (Михин)

Определение вида контакта

Вид контакта – упруго - пластический

15). Длина очага деформации, мм

16). Шаг по длине очага деформации, мм

,

где – количество подинтервалов на длине очага деформации

17). Координата положения поперечного сечения, мм

,

где – номер сечения по длине очага деформации.

18). Диаметр сечения , мм

19). Площадь поперечного сечения , мм²

20). Коэффициент вытяжки в сечении

21). Предел текучести текущий в сечении , МПа

-при логарифмическом законе упрочнения в очаге деформации

22). Осевая компонента тензора напряжений в сечении , МПа

-при логарифмическом законе упрочнения в очаге деформации

23). Нормальное контактное напряжение в сечении , МПа

24). Коэффициент трения

;

- параметр определяемый условиями трения.

(2)

25). Коэффициент распределения превращенной механической энергии между трущимися телами.

; (3)

. (4)

26). Коэффициент пропорциональности

; (5)

где .

27). Расчет температуры поверхностного слоя при установившемся процессе трения

– температура поверхностного слоя 1 элемента трибосопряжения (колодки)

(6)

– температура поверхностного слоя 2 элемента трибосопряжения (ролика)

(7)

Расчет механических характеристик материала с учетом температуры поверхностного слоя

28). Коэффициент Пуассона материала (менее твердого материала) в функции температуры поверхностного слоя

. (8)

29). Модуль упругости материала (менее твердого материала) в функции температуры поверхностного слоя

. (9)

30). Упругая постоянная материала (менее твердого материала) в функции температуры поверхностного слоя

. (10)

31). Расчет механической составляющей коэффициента трения с учетом температуры поверхностного слоя менее твердого материала

– упруго-пластическое состояние

. (11)

32). Изменение внутренней потенциальной энергии материалов сопряжения деформируемых поверхностных слоев

. (12)

33). Коэффициенты поглощения внешней энергии материалами колодки и ролика

; (13)

; (14)

где

34). Изменение внутренней потенциальной энергии материалов деформируемого поверхностного слоя первого и второго тела (колодки и ролика соответственно)

. (15)

. (16)

Расчет критической энергоемкости материала элементов трибосопряжения

35). Расчет начального значения плотности скрытой энергии материала.

– волока

; (17)

– проволока

. (18)

36). Расчет начального значения плотности тепловой составляющей внутренней энергии материала

– волока

; (19)

– проволока

; (20)

37). Расчет начального значения плотности полной внутренней энергии материала

– волока

; (21)

– проволока

. (22)

38). Расчет энтальпии плавления при температуре

– волока

; (23)

– проволока

. (24)

39). Расчет критической энергоемкости материала элементов трибосопряжения

– волока

; (25)

– проволока

. (26)

Расчет триботехнических показателей

40). Расчет объемного износа элементов сопряжения

- волока

; (27)

- проволока

; (28)

- сопряжение

. (29)

41). Расчет линейного износа элементов сопряжения

- волока

; (30)

- проволока ; (31)

- сопряжение

. (32)

42) Расчет скорости изнашивания элементов сопряжения

- волока

; (33)

- проволока ; (34)

- сопряжение

; (35)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе предложена общая универсальная модель процесса формирования износовых отказов трибосопряжений на основе которой разработана методика прогнозирования основных показателей безотказности.

В основу построения модели и расчетной методики положена линейная модель изнашивания трибосопряжения, как термодинамической системы. Линейную скорость изнашивания деталей пар трения определяли совместным решением уравнений энергетического баланса каждого элемента трибосопряжения и уравнения для коэффициента трения записанного с точки зрения молекулярно-механической теории Крагельского.

Используя гипотезу об адекватности теплового и механического разрушения материалов В. С. Ивановой и принимая в качестве предельной энергоемкости (плотности внутренней потенциальной энергии разрушения) энтальпию плавления материала, объемный износ получали отношением доли поглощенной внешней энергии поверхностным слоем элемента к энтальпии плавления.

Коэффициенты поглощения энергии каждым элементом определяли по методике Б. В. Протасова с помощью коэффициента распределения тепловых потоков по элемента пар трения.

Механическую составляющую коэффициента трения определяли по методике М. М. Михина в зависимости от вида контакта.

Линейный износ элементов трибосопряжения находили отношением объемного износа к поверхности трения элемента сопряжения. Скорость линейного изнашивания определяли делением линейного износа на время работы пары трения.

Данная методика была реализована для ПК в программе Microsoft Office Excel, с помощью которой проведены теоретические исследования для пар трения “ролик-колодка” из различных материалов.

Адекватность теоретических расчетов проверяли сравнением с экспериментальными данными.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник // И.М. Федорченко, И.Н. Францевич, И.Д. Радомысельский и др.- Киев: Наук.думка, 1985. С. 483-485.

2. Высокотемпературные неметаллические нагреватели // П.С. Кислый, А.С. Бадян, В.С. Киндышева, Ф.С. Гарибян.- Киев: Наук. Думка, 1980. С. 188.

3. Металлокерамические твердые сплавы // В.И. Третьяков, М.: Метал-лургиздат, 1962. С. 592.

4. Прессование заготовок из твердосплавных смесей // В.П. Бондаренко, Г.Ю. Фрейдин, В.С. Мендельсон.- Киев: Технiка, 1974. С. 139.

5. Горячее прессование // Г.В. Самсонов, М.С. Колвальченко. –Киев: Гостехиздат УССР, 1962. С.212.

6. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов // В.И. Третьяков, М. Металлургия, 1976. С. 527.

7. Горячее изостатическое прессование // Х. Фишмейстер. – В кн.: Порошковая металлургия – 77. Киев: Наук. Думка, 1977, С. 87-110.

8. Твердосплавный инструмент // Б.С. Хомяк. Москва «Машинострое-ние». 1981. С. 13-15.

9. Твердосплавный инструмент для холодной высадки и выдавливания // Б.С. Хомяк. Москва «Машиностроение» 1981. С. 4-5, 133-145.

10. ГОСТ 3882 «Сплавы твердые спеченные».

11. Прочность, твердость и вязкость металлокерамических твердых сплавов WC-Co в зависимости от их состава, структуры и температуры испытания / Г.С. Креймер, А.И. Баранов, Н.А. Алексеева. Твердые сплавы. 1960. №2. С. 57-78.

12. Износ волочильного инструмента из твердых сплавов // Е.А. Памфилова, В.С. Рыжеванов, Т.А. Лившиц и др. // Сталь. 1977.N 7. С. 24-25.

13. Эксплуатационная стойкость волок из некоторых твердых сплаов // Ю.Н. Логинов, В.Я. Логунов, Г.Ф. Пичугина и др.// Теория и практика производства метизов. Межвузовский сборник. Свердловск. 1079. N8. С.33-39.

14. Алмазная обработка и прочность твердых сплавов // Бакуль в.н., Лошак М.Г., Смагленко Ф.П. В кн.: Синтетические алмазы-ключ к техническому прогрессу. Киев: Наук. Думка. 1977. Ч.1, С. 114-118.

15. Прочность, твердость и вязкость металлокерамических твердых сплавов WC-Co в зависимости от их состава, структуры и температуры испытания / Г.С. Креймер, А.И. Баранов, Н.А. Алексеева. Твердые сплавы. 1960. №2. С. 57-78.

16. Волочильный инструмент// И.Ш Берин, Н.З. Днестровский, М.: Металлургия. 1971. С161-162.

17. Основы расчетов на трение и износ // И. В. Крагельский, М. Н. Добвчин, В. С. Камбалов, М.: Машиностроение, 1977. С 526.

18. Узлы трения машин. Справочник //. В. Крагельский, Н. Н. Михин, М.: Машиностроение, 1984. С. 280.

19. Анцупов В. П. Исследование износа валков и способов его уменьшения при горячей листовой прокатке. Дис. На соискю ст. к.т.н. / МГТУ Магнитогорск, 1979. С. 150.

20. Основы расчетов на трение и износ // И. В. Крагельский, М. Н. Добвчин, В. С. Камбалов, М.: Машиностроение, 1977. С 526.

21. Узлы трения машин. Справочник //. В. Крагельский, Н. Н. Михин, М.: Машиностроение, 1984. С. 280.

22. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. – Ташкент.: Издательство «Фан» УзССР, 1979.- 168с.

23. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. – Ташкент.: Издательство «Фан» УзССР, 1985.- 165с.

Приложения

36