РОЗДІЛ 2
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МОДЕЛЕЙ ПЛАСТИЧНОГО
ТЕРТЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЙОГО ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ
ПРИ СКЛАДНОМУ ВІДНОСНОМУ РУСІ
Вивчення закономірностей тертя пов’язано із значними труднощами, які
обумовлені насамперед тим, що нерівності контактної поверхні є величиною до
певної міри випадковою. Простежити безпосередньо їх взаємодію практично
неможливо. Тому, як правило, використовують результати досліджень, за якими
можна говорити тільки про деяку інтегральну величину взаємодії нерівностей.
Розроблюючи математичні моделі та механізми контактної взаємодії, за
результатами експериментальних досліджень перевіряється їх адекватність.
Вказаний підхід до рішення цієї задачі приводить до неоднозначності її
розв’язку. Одні й ті ж експериментальні результати в конкретному випадку можуть
бути пояснені різними механізмами контактної взаємодії. Але при інших
обставинах помилка може суттєво вплинути на результат.
Відносно просто ця задача розв’язується при наявності машинного тертя, коли
вплив параметрів, які обумовлюють величину сил тертя описується лінійними
функціями [59-61]. При пластичному контакті ці залежності є нелінійними. Більше
того, наявність пластичних деформацій приводить до необхідності врахування їх
рівня та ступеня зміцнення матеріалу.
Складність механізму тертя при пластичному деформуванні обумовила появу
спрощених моделей [62-66].
В роботі [62] на основі експериментальних даних показано, що сили контактного
тертя лінійно залежать від нормального навантаження і міцності матеріалу на
зсув.
В обробці металів тиском часто використовуються спрощені залежності.
За умовою Зібеля [63] сили тертя залежать від границі текучості матеріалу :
, (2.1)
де - коефіцієнт тертя, який визначається по .
Широко застосовується закон Амонтона-Кулона у вигляді [68,69]:
. (2.2)
В цьому співвідношенні коефіцієнт тертя - залежить від нормального
навантаження - в точці контактної поверхні.
В роботі [67] було показано, що використання співвідношення (2.2) в деяких
випадках дає результати, які набагато перевищують експериментальні.
Експериментальні дослідження, проведені в роботах [68,69] свідчать про те, що
співвідношення між силами тертя і нормальними навантаженнями чи границею
текучості матеріалу при незмінному стані контактної поверхні в процесах обробки
металів тиском змінюються досить суттєво.
Для контактних напружень, усереднених по всій поверхні тертя, (включаючи зону
прилипання) по аналогії з формулами (2.1), (2.2) можна записати
де - сили тертя і нормальні напруження, усередненні по всій поверхні; -
показники тертя по відношенню до нормальних напружень і до опору деформації
відповідно. Для різних процесів і технологічних факторів ці показники
змінюються в широких межах. Дослідні дані про них містяться в монографіях
[70,72].
2.1 Аналіз сучасних уявлень про механіку пластичного тертя
Існуючі в теперішній час уявлення про механізм контактної взаємодії базуються
на тому, що на величину сил тертя впливає нормальне контактне навантаження,
стан поверхні (чистота обробки поверхні, наявність мастил та ін.) та
2.1 Аналіз сучасних уявлень про механіку пластичного тертя
Існуючі в теперішній час уявлення про механізм контактної взаємодії базуються
на тому, що на величину сил тертя впливає нормальне контактне навантаження,
стан поверхні (чистота обробки поверхні, наявність мастил та ін.) та
напружено-деформований стан приконтактних шарів деталей. Спроба визначення
зв’язку між цими параметрами була здійснена в роботах [70,73,74].
Авторами роботи [70] проведено дослідження тертя в реальних технологічних
процесах: осадки, штампування, прокатки, а також на дослідних установках. Як
показали дослідження, збільшення інтенсивності деформацій зсуву приводить до
зростання сил тертя (рис.2.1).
Рис. 2.1 - Залежність сил тертя від ступеню деформацій
зсуву: а- , б-; 1-=100 МПа, 2-=300 МПа, [70]
На рисунку суцільними лініями зображені залежності на початку проковзування
(u=0) а штриховими при u=10-3м, через позначено нормальне контактне
навантаження.
При цьому вплив величини деформацій пояснюється зміцненням матеріалу.
Погоджуючись з уявленнями про вплив перших двох параметрів, на нашу думку
механізм впливу деформацій пояснений помилково. Це відповідало би дійсності в
тому випадку, якщо б деформації були б викликані тільки силами тертя. Але повна
величина деформацій складається щонайменше з трьох частин. Це деформації
формозміни, які викликані макрогеометрією інструмента - , створені при
проникненні мікронерівностей в приконтактний шар - і при відносному їх
переміщенні - . Зусилля, необхідні для створення останньої частини деформацій
власне і уявляють собою сили тертя.
Розглянемо діаграму деформування матеріалу (рис.2.2) в деякій точці
приконтактного шару.
Рис. 2.2 - Вплив величини на кут
нахилу діаграми деформування
При здійсненні відносного переміщення внаслідок взаємодії з мікро -
нерівностями в приконтактному шарі інтенсивність деформацій збільшується на
величину . Напруження, які при цьому виникають, пропорційні тангенсу кута
нахилу дотичної до діаграми деформування. Як видно з рисунка, наявність
деформацій формозміни приводить до зменшення кута і величини збільшення
напружень, а значить, до зниження сил тертя.
Не можна пояснити зміцненням матеріалу і розбіжність в результатах,
досліджень, які отримані в технологічних процесах і на дослідних установках,
схеми яких приведені на рис.2.3.
Рис. 2.3 - Принципові схеми деформування
заготовок при дослідженні сил тертя:
а, б - осадка і штампування; в, г - на дослідних установках
Ц
- Киев+380960830922