Способ определения коэффициента контактного трения при пластическом деформировании металлов сжатием

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3837377/25-27 (22) 07.01.85 (46) 15,02.87. Бюл, У 6 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В. И, Семенов, А. А.Литвиненко и Ю.К.Колечкин (53) 621.73(088.8) (56) Губкин С.И. Экспериментальные вопросы пластической деформации металлов. М.: ОНТИ, 1934, вып. 1. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

КОНТАКТНОГО ТРЕНИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ

ДЕФОРМИРОВАНИИ МЕТАЛЛОВ СЖАТИЕМ (57) Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в исследовании и разработке процессов объемной штамповки. Цель изобретения — уменьшение трудоемкости испытаний и повышение точности измерения коэффициента трения. Цилиндрический образец с соотношением высоты к диаметру 1,5 оса(51) 4 В 21 J 5/00 G 01 М 19/02 жнвают в вогнутых сферических бойках с радиусом сферы в 2 раза превышающим радиус образца. Контролируют бочкообразование. Соотношение выбрано из условия равенства тангенса угла, образованного торцом недеформированного образца и касательной к сферической поверхности бойка в точке на линии их контакта, коэффициенту сухого трения. В момент начала бочкообразования осадку прекращают и извлекают образец, торец которого имеет центральный плоский (недеформированный) участок и контактировавший с бойком кольцевой сферический участок. Затем в осевой плоскости образца измеряют угол между касательной к сферическому участку торца осаженного образца и плоскостью, перпендикулярной его оси, в точке на линии пересечения упомянутых участков торца образца.

Тангенс этого угла является коэффициентом контактного трения. 4 ил.

22S9579

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при экспериментальном определении коэффициента контактного трения, значение которого необходимо для исследования и разработки конкретных технологических процессов объемной штамповки.

Цель изобретения — уменьшение трудоемкости испытания благодаря использованию всего лишь одной пары бойков для конкретного эксперимента и повышения точности измерений коэффициента трения.

Сущность способа состоит в следующем.

Бочкообразность заготовки после осадки зависит от контактного трения между поверхностями давящего инструмента и заготовки. Повышение коэффи" циента контактного трения всегда увеличивает бочкообразность, которая является внешним выражением неоднородности деформации при осадке.

Таким образом, при деформировании на бойках со сферическими торцами металл образца будет заполнять сферические поверхности бойков без нарушения исходной цилиндричности до тех пор, пока соблюдается приближенное соотношение

r =kQ где г — касательные напряжения;

Ci — напряжения течения металла

5 (в данном случае они равны нормальным напряжениям);

k - -коэффициент соотношения между бэ и r, К = 0,58.

В общем случае коэффициент трения определяют как тангенс угла между нормальной силой и равнодействующей, . который называют углом трения. Сле-. довательно, при деформировании в вогнутых сферических бойках металл образца будет заполнять сферические поверхности бойков без нарушения исходной цилиндричности образца, пока коэффициент трения не достигнет такого значения, при котором будет наблюдаться бочкообраэовапие, т.е. при соблюдении соотношения и r.

Таким образом, коэффициент трения будет характеризоваться максимальным заполнением металлом образца сферических поверхностей бойков дл начального момента бочкообраэования.

При этом полного заполнения сферической поверхности бойка металлом деформируемого образца до начала бочкообразования не может произойти, 5 поскольку в противном случае касательная к сферической поверхности осаженного образца образует с горизонтальной плоскостью угол 0 о

У

tg 0 = 0, следовательно, коэффициент трения ш = О, что абсолютно невозможно. Поэтому центральный участок торца образца не будет подвергнут воздействию деформирующего инструмен15 та, а следовательно, будет четкая граница между сферическим участком торца образца, деформировавшимся в результате контакта с бойком, и плоским центральным участком, не имевшим контакта с бойком.

Соотношение радиуса сферической поверхности бойков и радиуса образца выбрано из условия равенства тангенса угла, образованного торцом

25 недеформированного образца, и касательной, проведенной к сферической поверхности бойка в точке на линии контакта образца и бойка, коэффициенту сухого трения, который равен

3) примерно 0,57, что соответствует тангенсу угла 30 . Иэ этого следует, о что радиус сферы бойка должен в

2 раза превышать радиус образца, так как sin 30 = 0,5.

На фиг. 1 показана схема установки образца в сферических бойках и приборов, контролирующих бочкообразность; на фиг. 2 — схема осадки образца и контроля его бочкообраэур ности; на фиг. 3 - схема действия сил в процессе осадки образца; на фиг. 4 - схема осуществления замера коэффициента трения по осажденному образцу.

Способ осуществляется следующим образом.

Цилиндрический образец 1 помещают на нижний боек 2 и, для центровки образца, с двух сторон накладывают

5р полушайбы 3, внутренний диаметр которых равен диаметру образца 1, затем опускают верхний боек 4 в соприкосновение с образцом.

После подготовки образца к испы55 танию полушайбы 3 снимают и подводят штоки индикаторов 5 и б к образующей образца до касания, как это показано на фиг, 1. Причем один из штоков должен бьггь на половине вы1289579 соты образца, а второй шток — примерно в 10 мм от торца верхнего бойка.Оба штока должны быть строго перпендикулярны образующей образца. Пос- . ле этого осуществляют осадку образца, в ходе которой происходит заполнение сферических поверхностей верхнего 4 и нижнего 2 бойков. В первый момент деформирования возможно увеличение диаметра образца без 10 нарушения исходной цилиндричности.

В этом случае оба индикатора 5 и 6 будут показывать одинаковые результаты. Когда начинается бочкообразование образца i, показания индика- 15 тора 5 будут больше, чем у индикатора 6 (фиг. 2) . Осадку прекращают, когда разница в показаниях двух индикаторов составляет не более 5Х.

После этого верхний боек 4 отводят 20 и снимают осажденный образец 1.

Торцы образца становятся такими, как показано на фиг. 3. Коэффициент трения равен тангенсу угла между нормальной составляющей 6 и равнодействующей R. Из подобия треугольников АВС и ACD легко видеть, что этот угол Р равен углу g т.е. углу между касательной, проведенной к точке, принадлежащей линии пересечения плос- ЗО кого центрального и сферического участков торца осаженного образца, и плоскостью торца образца. Следовательно, угол трения будет характеризоваться максимальным заполнением 35 сферических поверхностей бойков-материалом образца.

Измерение коэффициента трения по деформированному образцу осуществляется следующим образом.

Образец 1 устанавливают на одну плоскость со штативом 7, на котором размещены рейка 8 и градусная линейка 9. Рейку 8 укладывают на образец.

1 по касательной к линии пересечения плоского центрального и сферического кольцевого участков торцовой поверхности осаженного образца и по градусиой линейке 9 измеряют угол между рейкой и горизонтальной плоскостью. 50

Тангенс этого угла и будет коэффициентом трения. В процессе замера угла ось рейки должна находиться в осевой плоскости образца.

Пример. Определяют коэффициент контактного трения при горячем иэотермическом деформировании со стеклосмаэкой заготовок иэ титаново- го сплава ВТЗ вЂ” 1 в бойках из жаролроч-. ного никелевого сплава ЖС-6. Образец размерами ф 20х30 мм осаживают в сферических вогнутых байках с радиусом сферы 20 мм при одинаковой темперао туре образца и бойков, равной 950 С.

На торцы образца предварительно наносят стеклоэмаль типа ЭВТ-24. В момент начала бочкообраэования осадку прекращают, извлекают образец, охлаждают его и с помощью приспособления, показанного на фиг. 4, измеряют коэффициент трения, который составляет

0,05; Это значение может использоваться при разработке технологии изотермической объемной штамповки лопаток из сплава ВТ, Возможны различные варианты конструкций устройств для замера угла наклона касательной к горизонтали.

На практике для замера тангенса угла наклона касательной к горизонтали возможно использование различных способов, например, фотографии осевого разреза образца, на которой касательная проводится с высокой точностью путем несложных геометрических построений, и угол замеряется транспортиром иэ точки пересечения касательной к горизонтали, или с помощью металлографического микроскопа при небольших увеличениях (до х

10) .

Предлагаемый способ более производителен по сравнению с известным, так как исключает многократность повторения опытов по определению коэффициента трения. Способ позволяет с достаточно высокой степенью точности (+5X) определить коэффициент трения на одной паре бойков при наличии одной контрольной партии образцов, т.е. трудоемкость испытаний весьма невысокая. Кроме того, достоинством способа является простота определения коэффициента трения по тангенсу угла между касательной в осевой плоскости, проведенной к точке, лежащей на линии пересечения плоского и сферического участков торцовой поверхности деформированного образца. Способ определения коэффициента трения в процессе деформироваиия образца в бойках со сферическими поверхностями на торцах наиболее полно, по сравнению с известными способами, моделирует реальные условия объемной штамповки, 1289579 поскольку в этом случае происходит заполнение гравюры, имитирующей гравюру штампа.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента контактного трения при пластическом деформировании металлов сжатием, включающий осадку цилиндрического образца с отношением высоты к диаметру, равным 1,5,до начала бочкообразования, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости испытаний и повышения точности измерений, осадку образца проводят в вогнутых сферических бойках с радиусом сферы, в 2 раза превышающим радиус образца, а после осадки в осевой плоскости образца измеряют угол между касательной к сферическому участку торца осаженного образца и плоскостью, перпендикулярной оси образца, в точке, лежа10 щей на линии пересечения плоского центрального и сферического кольцевого участков торца осаженного образца, а за коэффициент трения принимают тангенс упомянутого угла.

1289579

1289579

Составитель А.Быстров

Техред И. Кадар Корректор Н, Король

Редактор И.Сегляник

Тираж Щ5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7846/ 10

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4