Способ определения сил контактного трения при осадке

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 1004.78 (21) 2602033/18-27 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.0780. Бюллетень ) о 26

Дата опубликования описания 150780 (51)M. Кл.

° G 01 L 1/02

В 21,Х 5/00

Государственный коынтет

СССР по делам нзобретеннй н отнрытнй (53) УДК 621.73 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Казаченок, И.Б. Покрас, В.Ф. Степанов и Г.П. Угланов (71) Заявитель

Ижевский механический институт (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛ КОНТАКТНОГО

ТРЕНИЯ ПРИ ОСАДКЕ рж h

2(R — ) где Р—

R,r ср

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и кас..-.àòñÿ, 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 t 13.

Однако известный способ пригоден только для высоких значений коэффициента трения и может быть исполь- 20 зован с достаточной точностью лишь для сухого и полусухого (И ) 0,1) режима трения, когда технологическая смазка в очаге деформации практически отсутствует. Последнее о стоятель-25 ство 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 полости образца; текущее значение высоты образца; наружный и внутренний торцовые полудиаметры образца соответственно; усредненная удельная сила трения.

748151

Hà -Iepõe>.;е представлена схем- уст.ройства для реализации способа.

«Jcòàl>oI>êe содержит насос высоко

I"o paaления 1„ трубопровод 2 с маноме. ром 3.

В нижнем бойке 4 выполнен радиальный канал 5,, сообщающийся ступенчатым Осевым каналом б с осевой сквозной пОЛОстью Образца 7. >> Осевом канале смонтирован Обратный клапан

8 B цилиHдpичес" кoй раcTоч>«е вep:него бойка 9 размещен стакан 10 с наклеенными >". н Одет«>ик;",,.>и 11 „

Ннжн«ей Донтдой Ча ЬЮ Стах;. На КОН Гаи тирует толкатель 12, Обращенный образцу,.->ижний ТОРец котОРОгО снаб- жен резиновой мембраной 13, что обес- >5

ПЕЧИЕНЕТ ПРНКТИЧЕСКИ НУлаБУЮ JJТ". Чку смазки. Для этих же целей толка-=

TEJ>L при тирался с помОщью пасты «. СИ в своем посадочно>л гнезде, Поступаемы и О т т е н э Од а . . ч и к О Б с и Г н ал «> с > л и с>> .ается тензостанцией VTC-1 и эа ем

ЗаПИСЫВаЕТСН ОСЦИЛЛОГрафОМ И !00 (ДЛЯ «JHPO> e!>ИЯ ЧЕРТЕжа УСЛОВНО КЕ" показаны).

Способ осуществляется следующим образом,.

Перед выполнением способа, рабобойков 4, 9 rrposvрают i:цетсном и просушивают. Иа н-:жнии боек 4 концентрично устанавливаю".. кольцевой образец 7. Затем производят осадку Образ,а со степенью деформации, лежащей в интервале 5-8В, 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 трубопроводу 2 и радиальному каналу 5 через обратный клапан 8 закачивают машинное масло под начальным давлением, напргсмер, величиной в 100 атм.

После подачи рабочей среды в полость образца включают испытательную машину (или пресс) и продолжают Осадку, в процессе которой давление гидрополости увеличивается в соответствии с силами пластического трения HB поверхности контак-"à-,,При этом записывают усилие Оса>-.,ки, степень дефОрмаци."> и давление AHä>

Зависимость для определе.-:ия удельных сил трения по величине разBB ваемогс при осадке в полости образ>>а давления "poëç !÷eíe на acHOBe теорЕТИЧЕ КОГО аналнэа Махс!НИЗМа фОр

>>Оизменения кольца и я дальнейшем провеаена на базе экспериментальных исследований, данны которых зафиксировали надежность способа, легкость ""-го воспроизводства и реализации в практикуе1лых режимах дефорЛсяции а ТсКЖЕ ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУ.I =;.емо;-о материала.

Погрешность в из>лерении 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. а..нть неизменной геометрию кольца ."ри осадке, Поэтому испытуемым образцам придают высоту 20-25% 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 наружной поверхности образца при этих соотношениях практически несущественно, да и не сказывается на точности измерения разработанным способом по заложенному в нем принципу и методике осуществления. независимо от искривления образующих наружных и внутренних поверхностей в расчетах следует принимать значения контактных диаметров 2R «« 2r, 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 радиально-о 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 профиля внутреннего диаметра кольцевого ОЬраэца в виде 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, которы>л служит осевая линия кольца.

Преодолевая силы контактного трения, жидкость проталкивает металл деформируемого образца в радиальных от эпицентра течения направлениях, вынуждая его течь по лучевым траектория:::. в сторону наружного диаметра

748151 (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 наружный 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 осад.ке давлениями. Можно сказать, что имитируя в сборке с образцом сплошное тело, сжимаемая жидкость вместе с тем выполняет активную роль привоI5 да проталкивания металла между параллельными плитами. Тем самым создаются естественные условия радиального осесимметричного течения осаживаемого металла. которые являются определяющими для реальных режимов осуществления штамповки с элементами осадки. Таким образом, достаточно строго силы сжимаемой в осевой гидрополости кольцевого образца жидкости моделиру-25 ют усилия проталкивания. Соблюдается и необходимое для замеров истинных сил трения условие действия элементарных сил трения на контактной поверхности в радиальных направлениях. 30

Предложенный 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 в повышении точности прогнозирования стойкос- 4 ти штампового инструмента, внесут

5 уточняющие коррективы в определение деформирующих усилий и обоснованный расчет мощности силового технологического оборудования (молоты, гидропрессы..), что даст эффект в народном хозяйстве. B результате получения новой информации также существенно расширятся известные представления о природе и закономерностях процесса осадки в улучшенном режиме трения.

Пример. Для апробации предлагаемого способа использовался гидропресс КИРУ, усилием 100 тс, установленный в лаборатории кафедры

"Машины и технология обработки ме- 60 таллов давлением"..В качестве заготовок использовалась партия кольцевых образцов (60 шт) из алюминиевого сплава АД-1 с исходными размерами: наружный диаметр Дн — 36 мм, внутренний диаметр д — 19 мм, высота

h — 6 мм. Степень деформации образцов определялась выполненным в виде консольной балки с наклеенными тенэодатчиками ходомером. Оценка усилия осадки производилась датчиком давления ЭДД-250, подсоединенным к маслопроводу гидросистемы пресса. Программа осуществления разработанного способа включала использование трех комплектов сменных бойков с разной шероховатостью зеркала рабочих поверхностей: 6 — грубое шлифование, ч 8 — чистое шлифование, i 10 — полирование, Параметры шероховатости поверхности определялись после обработки профилограмм, записанных на профилографе-профилометре 201.

Реализация способа осуществлялась в следующей последовательности, Перед осадкой бойки и заготовки протирались ацетоном и просушивались.

Затем установленному на нижний боек образцу ходом ползуна гидропресса вниз давали обжатие : 5-8Ъ 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 замеров.

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 тарировали 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: E — степень деформации, P — удельное усилие осадки, Т вЂ” боковое усилие проталкивания, R, r u h - текущие размеры образца (в известном способе — полуцилиндр), Р,» — давление масла в полости образца,, — удельная сила контактного трения, л — относительная разница значений сил трения по двум способам.

748151

+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.

40

Формула изобретения

Анализ табличных данных показыва ет, что отсутсвие учета схемы течения металла при осадке и его затекания на опорные торцы упругих элементов приводит в известном способе к на- 25 капливаемым ошибкам измерений, возрастающим по мере увеличения степени деформации.

Поскольку осадка образца с полостьй, заполненной жидкостью эквивален- 30 тна осадке сплошного образца, то в предлагаемом 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 ме* у параллельн плита 4 кольцевого образца, высоту и диаметр центрального отверстия которого выбирают в пределах 20-25% и 45-55% величины наружного диаметра соответI ственно,отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, деформирование ведут в две стадии, на первой из которых образец осаживают со степенью деформации 5-8В, 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: рмс h т; ср 1(й -11У где Рщ - давление рабочей жидкости в полости образца, h — текущее значение высоты образца, R,ã — наружный и внутренний торцевые полудиаметры образца, с — усредненная удельная сила трения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кокрофт М.Г. Смазка и смазочные материалы, "Металлургия", 1970, с. 34.

748151

Стол пресса

Составитель E. Субботин

Техред Я. Бирчак Корректор Е. Папп

Редактор Г. Волкова

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4350/9 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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