Внешнее трение.

Трение может быть полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь два самых главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением уменьшить и увеличить эффекты трения. Однако понимание природы трения и законов, которым подчиняется это явление, возникло не так уж давно и, к сожалению или к счастью, еще далеко от совершенства.

Первым кто описал закон трения был Леонардо Да Винчи, годы жизни 1452-1519, утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке, силе прижатия, направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Модель Леонардо была переоткрыта через 180 лет Г. Амонтоном и получила окончательную формулировку в работах Ш.О. Кулона (1781). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов:

,

где − сила трения;

− нормальное усилие, сила прижатия;

− коэффициент трения.

Значения коэффициента трения для различных материалов (сталь по стали, сталь по бронзе, чугун по коже и т.д.) входят в стандартные инженерные справочники и служат базой для традиционных технических расчетов.

В ОМД смещенный объем стремится переместиться по поверхности инструмента. При этом возникают силы трения, препятствующие этому движению. Такое трение называется контактным или внешним.

Контактное трение, в ОМД, выполняет две функции:

· полезная – без контактного трения невозможна прокатка;

· вредная – препятствие свободному заполнению металлом рабочего пространства инструмента.

Переходя к элементарной площадке контакта закон Амонтона можно записать:

где − удельная сила трения;

− нормальное удельное давление.

Если тело находится в условиях пластической обработки, то удельное усилие в тонких слоях деформируемого тела и на поверхности инструмента ограничено пределом текучести при сдвиге отсюда .

Отсюда видно, что максимальное удельное усилие трения определяется не состоянием контактируемых поверхностей, а механическими свойствами обрабатываемого металла. Скольжение с предельным трением происходит как на поверхности касания, так и в поверхностном деформируемом слое, толщина которого определяется состоянием контактирующих поверхностей.

Кроме коэффициента трения в ОМД применяют понятие угол трения . При движении контактируемых тел, Рисунок 20, суммарная реакция нормального усиления и силы трения смещается на угол от вертикали (нормали).

Рисунок 20 Схема определенного угла трения.

Тогда и при малых углах

Природу трения можно объяснить как результат взаимного зацепления неровностей инструмента и деформируемого тела. При контактировании эти неровности сминаются, истираются, образуются новые поверхности. Эти поверхности сближаются, образуются условия молекулярного взаимодействия соприкасающихся металлов.

Параметрами, определяющими коэффициент трения являются: состояние поверхностей контактируемых тел, их количественный состав, температура и скорость деформации, удельные усилия, смазка.

При увеличении шероховатостей инструмента коэффициент трения увеличивается. Шероховатость при ОМД не остается постоянной, поэтому изменяется и коэффициент трения.

Состояние поверхности деформируемого тела, определяемого видом предварительной обработки (горячая или холодная деформация, наличие окалины, травление) существенно влияет на коэффициент трения. При тщательной очистке поверхности коэффициент трения падает и в условиях больших давлений возможно даже сваривание поверхностей.

Химическое сродство деформируемого тела и металла инструмента определяет величину коэффициента трения. При этом, чем мягче металл, тем выше коэффициент трения. Смазка контактных поверхностей уменьшает коэффициент трения и влечет за собой заметное падение энергосиловых параметров ОМД, снижает износ инструментов. Смазка заполняет шероховатость поверхностей, образует адсорбционную пленку, снижает прилипание.

По мере роста температуры металла коэффициент трения увеличивается. Это связано с облегчением заполнения шероховатостей рабочего инструмента деформируемым металлом. Однако для сталей при температуре выше происходит снижение коэффициента трения, Рисунок 21. Это объясняется увеличением податливости металла в приконтактной зоне, облегчением смятия и отрыва металла от выступов.

Рисунок 21 Зависимость коэффициента трения от .

Скорость относительного смещения инструмента и деформируемого тела оказывает существенное влияние на коэффициент трения. Чем выше скорость, тем меньше коэффициент трения.