Основы теории прокатки
Скорость деформации.
Скорость деформации в ОМД определяется относительным изменением размеров тела в единицу времени.
При осадке параллелепипеда (Рисунок 13) скорость деформации определится:
,
где
− текущее уменьшение высоты;
− высота параллелепипеда;
− относительная деформация.
Схема к расчету скорости деформации.
Выражение
является, ни что иное как, линейная
скорость деформации, то есть скорость
продвижения инструмента в направлении
деформации:
.
Подставляя полученное выражение в формулу определения скорости деформации, получим:
.
При прокатке (Рисунок 14) средняя степень
деформации:
Схема к определению скорости деформации.
Время прокатки равно длине очага
деформации поделенной на окружную
скорость валков:
,
тогда
.
На основании многочисленных исследований можно считать, что при горячей обработке влияние скорости деформации на пластичность металлов определяется совокупным действием двух факторов. С одной стороны, с ростом скорости деформации пластичность понижается, поскольку увеличивается интенсивность упрочнения. С другой стороны, при увеличении скорости деформации возрастает нагрев. Значительная часть энергии деформации превращается в теплоту, что повышает температуру обрабатываемого тела. Это стимулирует разупрочнение и, следовательно, увеличение пластичности.
В условиях холодной обработки малые
скорости деформации слабо проявляют
свое влияние на пластичность металлов.
Высокие скорости способствуют нагреву
деформируемого тела, что приводит к
разупрочнению и увеличению пластичности,
что можно учитывать скоростным
коэффициентом
.
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 15,
суммарная реакция нормального усиления
и силы трения смещается на угол
от вертикали (нормали).
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, определяется 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 шероховатости 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 16. Это объясняется
увеличением податливости металла в
приконтактной зоне, облегчением смятия
и отрыва металла от выступов.
Скорость относительного смещения инструмента и деформируемого тела оказывает существенное влияние на коэффициент трения. Чем выше скорость, тем меньше коэффициент трения.
Зависимость коэффициента трения от
.