close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
УДК 539.312
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ОТ НАГРУЗКИ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ
А.С. Дударев
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
В работе приводится аналитическое выражение позволяющее найти важнейшую характеристику процесса
резания – коэффициент трения в зоне насыщенного контакта возникающего при резании материалов.
Варьированием условиями трения возможно управлять процессом резания с целью повышения стойкости
режущего инструмента при обеспечении требуемого качества поверхностного слоя изделий машиностроения.
Ключевые слова: трение, коэффициент трения, резание, инструмент, деталь.
В
современном
машиностроении
особую
роль
приобретают
процессы
формирования качественного состояния
поверхностного
слоя
изделий
после
обработки
на
начальной
стадии
«жизненного» пути изделия.
Известно [1], что возникли новые
направлении
в
машиностроении
–
трибология и нанотрибология, которые
концептуально
предопределяют
эффективные управляющие воздействия на
технологические процессы механической
обработки материалов.
Направленное изменение условий
трения
«Инструмент-Деталь»
путём
варьирования их составов, структурой,
строением и скоростью и др. физическим
параметрами позволяют существенно влиять
на контактные характеристики процесса
резания. Всё это может быть использовано
для разработки новых путей повышения
стойкости режущего инструмента при
резании труднообрабатываемых и новых
конструкционных материалов, обеспечивая
требуемое качество поверхностного слоя
деталей. Причём существуют теории
изменения характеристик трения пары
«Инструмент-Деталь» путём образования
дополнительного слоя между указанной
парой [1, 2]. Также имеются разработки
наноструктурных покрытий [6], которые
следует рассматривать как своеобразную
«третью среду». Эта среда, с одной стороны,
может заметно изменять поверхностные
свойства инструментального материала, с
другой – влиять на контактные процессы,
температуру
и
усилия
резания,
направленность
тепловых
потоков
и
термодинамическое напряженное состояние
режущей кромки инструмента.
255
Взаимодействие «Инструмент-Деталь»
всегда сопровождается физическими и
химическими реакциями.
Принцип резания материалов с учётом
управляющих
воздействий
на
зону
обработки при переходе от граничного
трения к избирательному переносу и
состоянию
безызности
может
быть
представлено в виде реакций [1] (1):
K1
K2
 А  B 
AB 
AB   , (1)
где A – поверхность трения; Bε – дисперсная
фаза
кластеров,
коагулирующих
на
поверхности трущихся тел вместе с
адсорбированными молекулами и ионами
электролита ε дисперсионной среды; АBε –
коагуляционная структура свежего осадка
кластеров
металла
на
поверхности,
содержащая в своём составе электролит ε;
АB – конденсационно-кристал-лизационная
структура,
в
которую
превращается
коагуляционная структура, представляющая
собой
формирующуюся
сервовитную
металлическую плёнку, из которой под
действием трения удалены молекулы и ионы
электролита; К1, К2 – константы скоростей
химических реакций.
При
протекании
процессов
по
уравнению
(1)
важно
установить
зависимость изменения стойкости режущего
инструмента
и
показателей
качества
обработанной поверхности от параметров
формируемого нанометрического слоя и
размеров кластеров.
Согласно
теории
управляющего
воздействия на зону обработки с целью
достижения режима безызности автором
отводится
особо
значимая
роль
коэффициенту трения [3].
Рассмотрен случай, когда твёрдая
шероховатая поверхность движется по
поверхности менее жесткого материала, что
соответствует
модели
взаимодействия
«Инструмент-Деталь». При этом в зонах
фактического контакта происходит упругое
деформирование материала в результате
внедрения
жестких
микронеровностей
шероховатой поверхности твёрдого тела в
поверхность менее жесткого материала, что
может
имитировать
различный
обрабатываемый материал детали (сталь,
пластмасса,
резина,
полимерный
композиционный материал).
В работах Крагельского И.В., Михина
Н.М.
получены
соотношения
между
нагрузкой и фактической площадью касания
[5]. Соответствующие уравнения для расчёта
коэффициента трения получены Н.Б.
Демкиным [4].
Используя [4, 7] по значениям силы
трения и нормальной нагрузки определим
коэффициент
трения
как
функцию
сближения
между
трущимися
поверхностями:
т р 
Fт р 2,4  0  (1  2 ) R 0,5

( ) 
N
E
hср
h 
   0,2     ср 
 R
0, 5
где hmax - максимальная высота неровности,
среднее
значение
2,4  0  (1  2 ) R
(
) 
h max
E   ср0,5
 h max 
 0,2   эф  

 R 
0, 5
. (3)
  ср0,5
На основании (2), (3) получено
аналитическое уравнение (4) зависимости
коэффициента трения:
т р 
2
2 3
2,1 0  (1  )
1
1
1
 3 pc3 E 3
1
R 3
(
)  
h max
. (4)
1
3
c
1
3
1
2 3
1
 h max  p (1  )
 0,35   3   эф  
 
E 0, 5
 R 
где pc – контурное давление.
На основании (4) с помощью Mathcad
построены графики для различных значений
hmax.. Так по (4) использовали следующие
данные для расчета насыщенного контакта в
зоне резания: τ0=0,68 МПа, ν=0,3; pc=1,92
МПа; hmax=1,25 мкм; R=10-8 м; α=0,5; β-0,5 и
график зависимости коэффициента трения
от нагрузки приведен на рис. 1.
, (2)
где τ0 – тангенциальная прочность
адгезионной
связи
при
отсутствии
нормальных напряжений; ν – коэффициент
Пуансона; E – модуль упругости; R – радиус
закругления неровности; hср – величина
внедрения;
β
–
коэффициент,
характеризующий увеличение прочности в
зависимости от нормальных напряжений; α
– коэффициент гистерезисных потерь.
Причём hср  hmax cр ,
 cр -
т р 
сближения
произвольной неровности.
Продолжая (2), получим (3):
Рис. 1. Зависимость коэффициента трения
от нагрузки в зоне насыщенного контакта.
f
Из уравнения (4) следует, что в зоне
нагрузок, соответствующих вхождению всех
неровностей в контакт, коэффициент трения
μтр
не
зависит
от
распределения
микронеровностей поверхности по высоте, а
зависит
только
от
конфигурации
h
неровностей (отношение max ).
R
256
касания
твёрдых
поверхностей.
М.:
Академия наук СССР, 1962. – 110 с.
5. Крагельский И.В., Михин Н.М. О
влиянии природы твердых тел на внешнее
трение и соотношение между адгезионной и
объемной
составляющей//Сб.
«Теория
трения и износа». – М.: Наука, 1965, – 230 с.
6. Мигранов
М.Ш.
Исследование
износостойкости режущего инструмента с
наноструктурным покрытием. Труды XIV
Межд. конф. Трибология и надёжность.
Санкт-Петербург. – 2014. С. 127-135.
7. Михин Н.М., Комбалов В.С. О
зависимости коэффициента трения от
нагрузки при упругом контакте в зоне
насыщенного контакта.//Сб. «Контактное
взаимодействие твёрдых тел, расчет сил
трения и износа». – М.: Наука, 1971. – 239_с.
Список литературы
1. Бутенко В.И., Дуров Д.С. и др. Основы
управляющего
воздействия
на
технологические процессы механической
обработки материалов//Известия Южного
Федерального университета. Технические
науки. – 2004, № 8. С. 225-228.
2. Бутенко В.И., Гусакова Л.В. и др.
Направления и технологии повышения
работоспособности
деталей
машин//Известия Южного Федерального
университета. Технические науки. – 2013,
№ 1. С. 45-50.
3. Дударев А.С. Влияние трения на
стойкость режущего инструмента при
изменении сокрости резания/СТИН, №3,
2014. С. 24-26.
4. Демкин Н.Б. Фактическая площадь
DEPENDENCE OF THE COEFFICIENT OF FRICTION
ON THE LOAD IN THE CUTTING ZONE
A.S. Dudarev
Perm National Research Polytechnic University
The paper presents an analytical expression allows you to find the most important characteristic of the cutting process the coefficient of friction in the saturated zone of contact occurring when cutting materials. By varying the conditions of
friction possible to control the cutting process in order to increase the resistance of the cutting tool in ensuring the
required quality of the surface layer of engineering products.
Keywords: friction coefficient of friction, cutting tool, item.
257
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа