виды трения и его влияние, факторы, влияющие на трение, виды смазки

Трение обрабатываемого металла об инструмент происходит в присутствии и с участием третьих веществ. К ним относятся окислы обрабатываемого материала и инструмента, продукты истирания трущихся поверхностей, смазка и т.п.

Виды трения (режимы трения) предопределяются количеством и свойствами этих веществ, присутствующих на контактной поверхности, а также действующими на поверхности контакта нормальными напряжениями.Различают три вида трения: сухое, граничное и жидкостное (рис.).

Трение называют сухим, если поверхности обрабатываемого материала и инструмента находятся во взаимном контакте, свободны от третьих веществ и происходит относительное перемещение этих поверхностей в касательной к ним плоскости. В чистом виде такой вид трения при ОМД не встречается, поэтому на практике сухим трением называют трение несмазанных тел. Так, горячую прокатку проводят без смазки, поэтому трение при горячей прокатке условно называют сухим. Схематичное изображение его показано на рис. 4.5 а.

Трение называют граничным, если на поверхности трущихся тел адсорбированы вещества, существенно отличающиеся свойствами от материала инструмента и обрабатываемого тела и при этом имеет место механическое зацепление шероховатостей поверхностей контакта. Схема его приведена на рис. 4.5 б. Это наиболее часто встречающийся на практике вид трения. Он имеет место в случае применения смазок без обеспечения специальных. Смазки, содержащие поверхностно-активные вещества, адсорбируются на трущихся поверхностях и образуют прочные пленки. Такие пленки способны выдерживать высокие нагрузки и оказывают малое сопротивление сдвигу этих поверхностей. Однако толщина смазки так мала, что шероховатости изделия и инструмента находятся во взаимном зацеплении.

Трение называют жидкостным, если между трущимися поверхностями имеется слой смазки, выводящий из механического зацепления шероховатости этих поверхностей (рис.4.6 в). Жидкостное трение - это внутреннее трение в объеме смазки. Оно нашло применение, например, при волочении проволоки. Термин “жидкостное” трение условен, так как смазка может быть консистентной и даже твердой, например парафин. Главное, чтобы не происходило соприкосновение трущихся поверхностей, а сопротивление деформации самой смазки было во много раз меньше сопротивления деформации обрабатываемого металла.

В практических условиях ОМД как сухое, так и жидкостное трение в чистом виде встречается редко. Это объясняется тем, что, с одной стороны, на металлическую поверхность всегда попадают вещества, препятствующие возникновению сухого трения. С другой стороны, при наличии даже обильной смазки в процессе деформирования металла происходит выдавливание смазывающей пленки, а также разрушение и потеря ее физических свойств, что приводит к появлению контактирующих участков, свободных от смазывающего слоя. Поэтому на практике наблюдается преимущественно граничное трение.

---На величину показателя действующих на поверхности контакта элементарных сил трения оказывает влияние ряд факторов: состояние поверхности деформирующего инструмента, состояние поверхности и химический состав обрабатываемого металла, температура деформации, скорость

относительного скольжения металла по инструменту, наличие смазки на контактной поверхности и др.

Состояние рабочей поверхности инструмента определяется качеством обработки ее при изготовлении инструмента, а также степенью износа в процессе эксплуатации.

Чем выше качество обработки поверхности инструмента, тем меньше при прочих равных условиях коэффициент трения. Влияние обработки настолько значительно, что величина коэффициента трения различна в зависимости от направления скольжения металла по отношению к направлению

обработки.

Вид обработки контактной поверхности деформируемого тела имеет значение лишь в начальный момент деформации. При ее дальнейшем развитии контактная поверхность деформируемого металла сглаживается и становится как бы отпечатком поверхности инструмента.Чем больше твердость инструмента, тем ниже коэффициент трения. Влияние температуры обрабатываемого металла на коэффициент трения проявляется через изменение сопротивления деформации и физикохимических свойств окалины, образующей при нагреве промежуточный

слой между металлом и инструментом. Установлено, что при повышении температуры коэффициент трения сначала растет, достигает максимального значения, а затем уменьшается. Такой характер зависимости можно объяснить тем, что сначала коэффициент трения растет в связи с окислением поверхности и образованием в этом интервале температур твердой окалины.

При дальнейшем повышении температуры происходит размягчение окалины, и она начинает играть роль смазки, снижая коэффициент трения.Коэффициент трения несколько снижается с увеличением относи-

тельной скорости скольжения металла по поверхности инструмента, т.е. с увеличением скорости деформирования. Чем больше скорость, тем меньше длительность контакта на площадках соприкосновения инструмента и деформируемого тела, а следовательно меньше роль молекулярного взаимодействия. В частности, коэффициент трения при обработке на молоте будет меньше, чем при обработке в сопоставимых условиях того же металла на

прессе.При обработке давлением широко применяют смазки, основное назначение которых – снижение коэффициента трения. Смазка образует промежуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично изолирующий их друг от друга. Для этого она должна иметь достаточную активность и вязкость.

Смазка — это действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшаются износ, повреждения поверхности и (или) сила трения.

Различают следующие виды смазки: в зависимости от физического состояния смазочного материала — газовую, жидкостную и твердую; в зависимости от разделения поверхностей трения смазочным материалом — гидродинамическую (газодинамическую), гидростатическую (газостатическую), эласто-гидродинамическую, граничную и полужидкостную (смешанную).

Газовая, жидкостная и твердая смазки — это такие смазки, при которых полное разделение поверхностей трения осуществляется соответственно газовым, жидким или твердым смазочным материалом.

Гидродинамическая (газодинамическая) смазка — это жидкостная (газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей трения осуществляется в результате давления, самовозникаюшего в слое жидкости (газа) при относительном движении поверхностей.

Гидростатическая (газостатическая) смазка — жидкостная (газовая) смазка, при которой полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется в результате поступления жидкости (газа) в зазор между поверхностями трения под внешним давлением.

Эласта-гидродинамическая смазка — смазка, при которой характеристики трения и толщина пленки жидкого смазочного материала между двумя поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются упругими свойствами материалов тел, а также реологическими свойствами смазочного материала.

Граничная смазка — смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемной вязкости. При этом виде смазки тонкий слой (до 0,1 мкм) смазочного материала состоит из поверхностно-активных (полярных) молекул, которые адсорбируются металлическими поверхностями деталей и создают на них разделяющий детали слой смазочного материала. Поэтому коэффициент трения и износ поверхностей трения при граничной смазке зависят от адсорбирующих способностей металлических поверхностей и способности смазочного материала удерживаться на них.

Полужидкостная смазка — смазка, при которой частично осуществляется жидкостная смазка, а полное разделение поверхностей трения смазочным материалом не осуществляется.

При гидродинамической смазке поверхности трения полностью разделены промежуточным слоем смазочного материала. Микровыступы этих поверхностей не входят в непосредственный контакт. Процессы трения и изнашивания характеризуются при этом не материалом трущихся поверхностей, а вязкостью смазочного материала, конструкцией и режимом работы соединения. При этом наблюдается наименьшая интенсивность изнашивания.

Однако гидродинамическая смазка возможна только при определенной толщине смазочного материала. При уменьшении толщины смазочного материала поверхности трения сближаются. Когда при сближении поверхностей от слоя смазочного материала останется только масляная пленка молекулярной толщины, возникает граничная смазка.

При граничной смазке действуют молекулярные силы поверхностей трения, а смазочный материал прочно адсорбируется на их поверхностях. Масляная пленка находится под воздействием молекулярных сил, оказывает сопротивление образованию контакта микровыступов трущихся поверхностей, предохраняет их от разрушения