Способ оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов для холодной обработки металлов давлением

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов и покрытий. Протягивают через валки с заданным обжатием одинаковые образцы, один из которых протягивают при свободно вращающихся валках без нанесения смазочного материала, второй образец деформируют в жестко закрепленных валках без смазочного материала, остальные образцы протягивают через жестко закрепленные валки с нанесенными смазочными материалами или покрытиями. Определяют силу деформирования, расходуемую на преодоление трения, второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями. Визуально определяют место образования задиров на образцах. Составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение. С помощью упомянутого графика для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями. Вычисляют показатели ψ для испытуемых смазочных материалов или покрытий, который определяют из зависимости, приведенной в описании изобретения. При этом испытуемый смазочный материал или покрытие с более высоким значением ψ обладает более высокими противозадирными свойствами. В результате расширяются функциональные возможности. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов и покрытий.

Известен способ оценки противозадирных свойств (И.И.Карасик. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира, под ред. проф. Кершенбаумана, Центр "Наука и техника", 1993 г., с.214-216), согласно которому сферический индентор перемещают под возрастающей нагрузкой по смазанной поверхности. О несущей способности смазочного слоя судят по глубине внедрения и силе трения в момент его резкого возрастания. Мерой несущей способности является деформация (отношение глубины внедрения к радиусу индентора), при которой происходит лавинное разрушение сплошности граничного смазочного слоя.

Известен также способ оценки противозадирных свойств (И.И.Карасик. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира, под ред. проф. Кершенбаумана, Центр "Наука и техника", 1993 г., с.214-216), согласно которому к пластинчатому (ленточному) образцу исследуемого материала прижимают посредством сферического индентора такой же контробразец, при взаимном перемещении образцов регистрируют силы сдвига и сжатия, а также глубину внедрения индентора, по значениям которых судят о противозадирной стойкости поверхностных слоев образцов.

Недостатком обоих способов является отсутствие связи между пластическим формоизменением (степенью деформации) образца (заготовки) и противозадирными свойствами поверхностных слоев.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки эффективности смазочных слоев путем определения сил, идущих на дополнительную деформацию поверхностных слоев образцов (В.И.Лихтман, Е.Д.Шукин и П.А.Ребиндер «Физико-химическая механика металлов», издательство академии наук СССР, Москва, 1962 г., с.97-115), согласно которому протягивают образцы в виде прутков или полосок через свободно вращающиеся валки и тем самым определяют силу деформирования (Fд.), необходимую только для объемного формоизменения металла. Затем, для оценки силы на дополнительную деформацию сдвига (трения), валки стопорят, определяют полную силу протягивания образцов F_общ., из которой вычитают силу Fд. при свободновращающихся валках.

Таким образом, определяют силу, идущую на дополнительную деформацию сдвига (трения), по формуле:

F_тр.=F_общ.-Fд.,

а напряжение сдвига (трения)

τ=F_тр./S,

где S - площадь очага деформации.

По величинам F_тр. и τ судят об эффективности того или иного смазочного слоя.

Данный способ не оценивает противозадирную стойкость смазочных слоев, а именно величину степени обжатия, при котором наступает задир (появление риски на поверхности металла) и напряжение сдвига, соответствующее этой степени.

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет оценки противозадирных свойств поверхностных слоев металлов по критерию, учитывающему степень деформирования и напряжение сдвига (трения) в момент образования риски (задира) на контактной поверхности заготовки.

Поставленная задача достигается тем, что в способе оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов или покрытий для холодной обработки металлов давлением, при котором с заданным обжатием одинаковых образцов в виде полосы или прутка, один из которых протягивают при свободно вращающихся валках без нанесения смазочного материала, второй образец деформируют в жестко закрепленных валках без смазочного материала, остальные образцы протягивают через жестко закрепленные валки с нанесенными смазочными материалами или покрытиями, при этом определяют силу деформирования, расходуемую на преодоление трения, второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки, при этом используют образцы с коническим участком с одного конца, длина которого позволяет обеспечивать прирост степени обжатия при протягивании образцов, визуально определяют место образования задиров на образцах, составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение, с помощью которого для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки и вычисляют показатель ψ для испытуемых смазочных материалов или покрытий, который определяют из зависимости:

ψ=е₁·τ₀/е₀·τ₁,

где е₀ и e₁ - степень обжатия при возникновении задира соответственно на образце без смазочного материала или покрытия и образце с испытуемым смазочным материалом или покрытием.

τ₀ и τ₁ - напряжение сдвига поверхностных слоев образца без смазочного материала или покрытия и образца со смазочным материалом или покрытием, при этом испытуемый смазочный материал или покрытие с более высоким значением ψ обладает более высокими противозадирными свойствами.

Присутствие в формуле τ (напряжение сдвига) характеризует контактно-силовые условия деформирования, при которых определяют противозадирные свойства технологических смазочных материалов.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема испытаний образца в виде полосы или прутка, где 1 - заготовка, 2 - цилиндрические валки. На фиг.2 изображены зависимости сила деформирования - перемещение, где обозначено: 1 - для свободно вращающихся валков без смазки, 2 - для жестко закрепленных валков без смазочного слоя, 3 - для жестко закрепленных валков с индустриальным маслом И-40, 4 - для жестко закрепленных валков с технологической смазкой «Росойл - ШОК».

Пример конкретной реализации.

Испытательная установка, на которой реализуется предлагаемый способ, представляет собой машину для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб ИР 5047-50 (с максимальной силой деформирования 50 кН), на траверсу которой вместо нижнего захвата устанавливаются прокатные цилиндрические валки с механической регулировкой зазора между ними.

Разрывная машина оснащена силоизмерительной установкой и ПЭВМ, позволяющей непрерывно регистрировать результаты испытаний в виде графика сила деформирования - перемещение.

Для испытаний готовят образцы из прутка или полосы, имеющие с одного конца конический участок, длина которого обеспечивает постоянный прирост степени деформации во время протягивания через валки (фиг.1). Сначала протягивают заготовку через свободно вращающие валки, без смазки, затем протягивают вторую заготовку с таким же обжатием без смазки через жестко закрепленные (не вращающиеся валки). Последующие заготовки деформируют с исследуемыми смазками или покрытиями. В процессе испытаний записывают графики сила деформирования - перемещение. Затем из графиков и образцов определяют место образования задира (первой риски). Момент образования задира определяют визуально на образцах и по графику, соответствующему этому месту, и для этого места рассчитывают составляющую силы, идущую на преодоление трения:

F_тр.=F_общ.-Fд.,

где F_общ. - полная сила деформирования.

Степень деформации в момент задира определяют по формуле:

ε=((h₀-h₃)/h₀·100%,

где h₀ - исходная толщина заготовки;

h₃ - толщина заготовки в месте задира (рассчитывается из геометрии конуса).

Затем рассчитывают напряжение трения по формуле:

τ=F_тр./S,

где S - площадь очага деформации (рассчитывается из геометрии конуса).

И, наконец, оценивают противозадирные свойства смазки по показателю

ψ=(ε₁·τ₀)/ε₀·τ₁

Пример.

Прутковые заготовки диаметром 6 мм и длиной 300 мм из стали 20Г2Р были приготовлены из холоднокатаного бунта после калибровки. Затем с помощью приспособления на плоскошлифовальном станке получали конусную часть на половину длины заготовки (фиг.1). Одновременно шлифовались несколько заготовок. Приспособление позволяет менять угол конусности и тем самым задавать степень максимального обжатия. В нашем случае заостренный конец имел толщину h=3 мм. На боковые поверхности заготовки наносились механическим путем риски через 10 мм для определения после деформирования листа наступления задира. Первая заготовка протягивалась через свободно вращающиеся валки с записью зависимости сила деформирования - перемещение (фиг.2, кривая 1). Затем валки жестко закрепляли и деформировали образцы без смазки (фиг.2, кривая 2) с нанесением индустриального масла И-40 (фиг.2, кривая 3) и технологической смазки «Росойл-ШОК» (фиг.2, кривая 4).

Результаты испытаний представлены в таблице.

Таблица
№ п/п	Поверхность образца	Fд. (кг)	Fобщ (кг)	Fтp (кг)	ε% (задир, риска)	τ кг/мм2 (задир)	ψ
1	Без смазки (вращающие валки)	920	-	-	-	-	-
2	Без смазки (валки жестко закреплены)	400	860	460	8	11,5	-
3	И-40 (валки жестко закреплены)	600	950	350	14	8,75	2,3
4	«Росойл-ШОК» (валки жестко закреплены)	680	860	180	20	4,5	6,4

В столбце Fд. проставлены значения силы из первого графика (деформирование с вращающимися валками без смазки), соответствующие местам образования задиров на образцах, протянутых с закрепленными валками, которые определяются по образцам и графикам (фиг.2).

Как видно из таблицы, технологическая смазка «Росойл-ШОК» обладает более высокими противозадирными свойствами при значении показателя противозадирных свойств ψ=6,4.

Способ оценки противозадирных свойств технологических смазочных материалов или покрытий для холодной обработки металлов давлением, включающий протягивание через валки с заданным обжатием одинаковых образцов в виде полосы или прутка, один из которых протягивают при свободно вращающихся валках без нанесения смазочного материала, второй образец деформируют в жестко закрепленных валках без смазочного материала, остальные образцы протягивают через жестко закрепленные валки с нанесенными смазочными материалами или покрытиями, при этом определяют силу деформирования, расходуемую на преодоление трения, второго образца и образцов, с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки, отличающийся тем, что используют образцы с коническим участком с одного конца, длина которого позволяет обеспечивать прирост степени обжатия при протягивании образцов, визуально определяют место образования задиров на образцах, составляют для всех образцов график зависимости сила деформирования - перемещение, с помощью которого для места образования задиров определяют степень обжатия и напряжение сдвига второго образца и образцов с нанесенными смазочными материалами или покрытиями при их протягивании через жестко закрепленные валки и вычисляют показатели ψ для испытуемых смазочных материалов или покрытий, который определяют из зависимости:
ψ=(e₁·τ₀)/e₀·τ₁,
где e₁ и e₀ - степень обжатия при возникновении задира соответственно на образце без смазочного материала или покрытия и образце с испытуемым смазочным материалом или покрытием;
τ₀ и τ₁ - напряжение сдвига поверхностных слоев соответственно образца без смазочного материала или покрытия и образца со смазочным материалом или покрытием, при этом испытуемый смазочный материал или покрытие с более высоким значением ψ обладает более высокими противозадирными свойствами.