Способ определения коэффициента трения материалов
METHOD OF ESTIMATION OF FRICTION COEFFICIENT OF MATERIALS

Изобретение относится к обработке металлов давление и может быть использовано для определения коэффициента трения при пластическом деформировании листовых материалов в машиностроении, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях промышленности.
Известен способ определения коэффициента трения материалов [1], который заключается в том, что образец деформируют путем приложения к нему сжимающего усилия между двумя плоскими штампами, а о коэффициенте трения судят по изменениям поверхностного слоя материала. Недостатком этого способа является невысокая точность определения коэффициента трения, обусловленная необходимостью замеров сдвига поверхностного слоя материала, который неравномерен по поверхности образца.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения коэффициента трения материалов, представленный в [2].
В данном способе образец деформируют путем приложения к нему сжимающего усилия и измеряют параметр нагружения, образовавшийся в результате деформирования, по которому судят о коэффициенте трения.
Недостатком известного технического решения является низкая точность, так как определяемый по этому способу средний коэффициент трения устанавливается по результатам измерения только одного параметра нагружения, образовавшегося в результате деформирования, момент для измерения которого устанавливается визуально по началу проскальзывания образца.
Заявляемое техническое решение направлено на повышение точности способа определения коэффициента трения материалов.
Это достигается тем, что до начала деформирования на одну из поверхностей образца наносят координатную сетку, по искажению которой устанавливают параметры деформированного состояния, а коэффициент трения определяют по формуле
где n - параметр упрочнения материала;
t
; ε - окружная деформация;
0
0
R, R - расстояния от рассматриваемых точек на цилиндрической поверхности деформированного образца до его оси симметрии, R>R;
ц
ц
R'=R/R; R - радиус цилиндрического пуансона; ;
t
t
0
t
Δε=ε(R)-ε(R) - приращение окружной деформации;
m
ε - меридиональная деформация;
m
m
0
m
Δε=ε(R)-ε(R) - приращение меридиональной деформации.
При этом повышается точность и достоверность определения коэффициента трения, так как его средняя величина рассчитывается по результатам установления параметров деформированного состояния большого числа ячеек координатной сетки, находящихся в области контакта образца с пуансоном.
На чертеже представлена схема реализации способа. Способ осуществляют следующим образом. Из листа испытуемого материала вырезают образец в форме пластины. На одну из поверхностей образца наносят координатную сетку. Затем образец 1 размещают на зеркале щелевой матрицы 2 и зажимают прижимом 3. К цилиндрическому пуансону 4 прикладывают усилие пресса и производят пластическое деформирование образца.
После испытания образец извлекают из матрицы, методом координатных сеток устанавливают параметры деформированного состояния и определяют коэффициент трения.
Реализация предлагаемого способа позволит по сравнению с известным техническим решением повысить точность и достоверность определения коэффициента трения.
Пример конкретной реализации способа
Реализацию способа осуществляли на стандартной испытательной машине ЦД-40. Формовке подвергали три плоских образца прямоугольной формы с размерами в плане 300×70 мм и толщиной 1,2 мм, изготовленные из стали 08пс в состоянии поставки. Пластическое деформирование производили в экспериментальном штампе, обеспечивающем жесткую фиксацию головок образца в ходе испытания. Штампы свободно, без дополнительного крепления располагали на столе испытательной машины.
а
Для установления параметров деформированного состояния после испытания определяли деформации по предварительно нанесенной на рабочую часть образца фотоконтактным способом координатной сетке из системы пересекающихся окружностей диаметром d=2,6 мм. С этой целью на инструментальном микроскопе УИМ-22 с точностью ±0.001 мм в среднем по длине контакта образца с цилиндрическим пуансоном сечении измеряли размеры ячеек деформированной координатной сетки , b соотвественно в окружном и меридиональном направлении, а также расстояния R от центров этих ячеек до оси симметрии образца.
t
m
Окружную ε и меридиональную ε логарифмические деформации рассчитывали по формулам
ц
t
t
m
m
Установив параметр упрочнения материала (n=0,2), а также радиус цилиндрического пуансона (R=45 мм) и располагая экспериментально установленными распределениями окружной ε=ε(R) и меридиональной ε=ε(R) по формуле (1), определяли средний коэффициент трения. Усредненная по результатам испытаний трех образцов величина среднего коэффициента трения составила 0,23.
Таким образом, представленные экспериментальные данные позволяют сделать заключение о возможности реализации с достаточной степенью точности предлагаемого способа определения коэффициента трения материалов.
Использование предлагаемого способа позволит определять значения среднего коэффициента трения листовых материалов, применяемых в различных отраслях промышленности путем проведения испытаний в механических лабораториях промышленных предприятий и НИИ.
Источники информации
1. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия. 1967. С. 166-168.
2. АС СССР 905750, кл. G01N 19/02. 15.02.82, БИ №6.