Экспериментальное исследование влияния смазки на коэффициент трения при вытяжке

Автор: Ерисов Ярослав Александрович, Костышев Вячеслав Александрович, Петров Илья Николаевич

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 6-1 т.20, 2018 года.

Бесплатный доступ

В данной статье проведено экспериментальное исследование влияния различных видов смазки на величину коэффициента трения при вытяжке. Для расчетов использовался метод разности усилий, позволяющий определять коэффициент трения с инженерной точностью. В результате проведенных исследований было выявлено, что наиболее низкий коэффициент трения наблюдается при смазке маслом с прокладкой из полиэтиленовой пленки.

Коэффициент трения, вытяжка, смазка, метод разности усилий, алюминиевый сплав 3104, технический алюминий а5

Короткий адрес: https://sciup.org/148312531

IDR: 148312531

Текст научной статьи Экспериментальное исследование влияния смазки на коэффициент трения при вытяжке

Процесс обработки давлением относится к высокоэффективным и экономичным способам получения металлических изделий. В последнее время, большое количество научных исследований посвящено, одному из перспективных технологических методов производства в этой области - листовой штамповке [1-3]. Дальнейшее развитие и совершенствование этих процессов требует создания оптимальных условий внешнего трения, которое при обработке металлов давлением, за исключением отдельных операций, является вредным фактором [4].

Чаще всего величину силы трения определяют через коэффициент трения. Поэтому для решения технологических и конструкторских задач требуется с достаточной степенью достоверности определить среднюю величину коэффициента внешнего трения в зоне деформации.

Существует несколько способов определения коэффициента трения в процессах листовой штамповки: метод свёртки [5], метод вытяжки с утонением [6] и метод разности усилий [7]. Данные методы определения коэффициента трения удобны тем, что в сам процесс не вносится никаких изменений. Принципиально те же приемы расчетов применимы и для других процессов обработки металлов давлением.

Недостатком указанных методов является то, что полученные расчетные значения коэффициентов трения отражают все погрешности ис-

пользованных формул и не могут быть приняты как точные абсолютные величины. Однако, для сравнительных целей, например для выбора лучшей смазки, методы этой группы предпочитают всем прочим [4]. Кроме того для первых двух методов характерны следующие недостатки: трудоемкость изготовления заготовок, низкая точность при малых силах трения.

В данной работе выполнено эксперимен- тальное исследование влияния разных видов смазки на коэффициент трения.

Для определения коэффициента трения использовался метод разности усилий, то есть изменение усилия вытяжки при изменении на известную величину усилия прижима [5]:

д =

где μ – коэффициент трения; ∆P - разность усилий вытяжки; ∆Q - разность усилий прижима.

Также для расчетов использовалась не только классическая зависимость (1), предложенная А.А. Шофманом, а более точная зависимость, обеспечивающая меньшую погрешность [8]:

/1+^1+ 1иж -1 2 r_uJaQ

л где ru– радиус вытягиваемого стакана; rн – радиус заготовки.

Экспериментальное исследование влияния различных видов смазки на коэффициент трения проводилось на машине для испытаний листового материала Zwick/Roell BUP 200. Геометрия и размеры инструмента приведены в табл. 1.

Исследования проводились на холоднокатаных листах из алюминиевого сплава 3104 и технического алюминия А5 толщиной 0,25 мм и 1 мм соответственно, диаметр заготовки 60 мм.

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 20, № 6, 2018

Таблица 1. Геометрия и размеры инструмента для вытяжки

Толщина испытываемого материала, мм	Диаметр матрицы, мм	Диаметр пуансона, мм	Радиус скругления матрицы, мм	Радиус скругления пуансона, мм
0,25-0,345	33,8	33	2,5	5
0,941-1,13	35,6	33	5	5

Таблица 2. Результаты расчетов коэффициента трения по данным эксперимента

Материал (толщина)	Смазка	Q 1 , кН	Q 2 , кН	P 1 , кН	P 2 , кН	ДQ , кН	ДР, кН	р
Материал (толщина)	Смазка	Q 1 , кН	Q 2 , кН	P 1 , кН	P 2 , кН	ДQ , кН	ДР, кН	ф.(1)	Ф.(2)
3104 (0,25 мм)	Обезжиренный образец	1,9	2,3	7,7	7,74	0,4	0,04	0,047	0,064
		1,9	2,7	7,7	8,09	0,8	0,39	0,188	0,246
		2,3	2,7	7,74	8,09	0,4	0,35	0,298	0,382
	^рср							0,178	0,231
	Масло индустриальное маркиИ-20А	1,3	1,7	7,48	7,54	0,4	0,06	0,068	0,092
		1,3	2	7,48	7,64	0,7	0,16	0,099	0,132
		1,7	2	7,54	7,64	0,3	0,1	0,137	0,181
	^рср							0,101	0,135
	Масло индустриальное маркиИ-20А с полиэтиленовой пленкой	1,3	1,7	6,75	6,8	0,4	0,05	0,057	0,078
		1,3	2	6,75	6,83	0,7	0,08	0,053	0,072
		1,7	2	6,8	6,83	0,3	0,03	0,047	0,064
	^рср							0,052	0,071
А5 (1 мм)	Обезжиренный образец	—	—	—	—	—	—	—	—
	Масло индустриальное маркиИ-20А	5	10	15,85	16,56	5	0,71	0,064	0,086
		5	12,5	15,85	17,04	7,5	1,19	0,071	0,095
		10	12,5	16,56	17,04	2,5	0,48	0,085	0,112
	^рср							0,074	0,098
	Масло индустриальное маркиИ-20А с полиэтиленовой пленкой	5	10	13,05	13,8	5,3	0,75	0,064	0,086
		5	12	13,05	13,92	7,3	0,87	0,055	0,073
		10	12	13,8	13,92	2	0,12	0,029	0,039
	^рср							0,049	0,066

При вытяжке изменялись условия трения -использовались обезжиренный образец; масло индустриальное марки И-20А; масло индустриальное марки И-20А с прокладкой из полиэтиленовой пленки

В табл. 2 приведены результаты расчетов коэффициента трения по формулам (1) и (2). Сле

дует отметить, что при вытяжке заготовок из алюминиевого сплава А5 без смазки образец разрушался. Отличие в значениях коэффициентов трения для различных материалов объясняется различной шероховатостью исходных образцов.

Сопоставляя значения, полученные по формулам (1) и (2), видно, что классическая фор- мула А.А. Шофмана дает заниженные значения по сравнению с зависимостью, предложенной в работе [8]. При этом с увеличением толщины заготовки расхождение между формулами уменьшается, что согласуется с результатами компьютерного моделирования, проведенными в работе [8].

В целом наиболее низкий коэффициент трения наблюдается при смазке маслом с прокладкой из полиэтиленовой пленки.

Список литературы Экспериментальное исследование влияния смазки на коэффициент трения при вытяжке

Демьяненко Е.Г., Попов И.П. Исследование способа формообразования тонкостенных деталей на основе процессов отбортовки и формовки // Авиационная техника, 2016. № 2. С. 114-118
Демьяненко Е.Г. Формообразование тонкостенных осесимметричных деталей выпуклой и вогнутой формы на основе процесса отбортовки // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. № 7. С. 23-28
Нестеренко Е.С., Гречников Ф.В. Расчет параметров процесса вытяжки детали «полусфера» в штампе с упругим элементом // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2017. № 4 С. 62-68.
Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургиздат, 1947. 533 с.
Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. Справ.изд. М.: Металлургия, 1982. 312 с.
Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. - 364 с.
К определению коэффициента трения в процессах листовой штамповки / Я.А. Ерисов, Ю.С. Горшков, И.А. Камайкин, И.Н. Петров // Кузнечно-штамповочное оборудование. Обработка металлов давлением. 2017. № 6. С.14-17.

Еще

Статья научная