Контактное трение

Процессы ОМД осуществляются благодаря трению, возникающему между инструментом и обрабатываемым металлом. Это так называемое контактное или внешнее трение. Оно является физической основой процессов ОМД и прокатки, в частности.

Если посмотреть на поверхности инструмента и обрабатываемого металла под увеличением, окажется, что внешне гладкие они на деле имеют довольно развитый рельеф со множеством микро- и макровыступов и неровностей. Природу трения можно объяснить механическим взаимодействием шероховатости инструмента и деформируемого тела. Кроме того, на участках контакта микровыступов происходит взаимодействие металла и инструмента на молекулярном уровне (адгезия, прилипание). Первоначально контактирование поверхностей металла и инструмента осуществляется на некоторых микроучастках, число которых возрастает при увеличении нагрузки и шероховатости.

Согласно закону Амонтона-Кулона сила трения равна произведению нормальной силы на коэффициент трения: T = f N.

В теории ОМД кроме понятия коэффициент трения при решении многих задач используют понятие угол трения. Чтобы уяснить физическую сущность угла трения, представим тело, свободно лежащее на наклонной поверхности ОА под углом b к горизонту (рис. 3.9). на тело действует сила тяжести Р. Касательная составляющая этой силы Р_х стремится сдвинуть тело по наклонной плоскости, чему препятствует сила трения Т_х, и пока Т_х > Р_х, тело будет находиться в состоянии покоя.

Начнем увеличивать наклон плоскости ОА. При этом сила Р_х будет возрастать, и как только она сравняется с Т_х – тело начнет скользить по наклонной поверхности. Угол наклона b в момент начала скольжения тела и будет углом трения. В момент начала скольжения Р_х = Т_х. Из рис. 3.9 отношение силы трения к нормальной силе равняется тангенсу угла трения, т.е. . Но отношение силы трения к нормальной силе по закону Амонтона-Кулона равно коэффициенту трения. Тогда , или при малых значениях угла трения , т.е. угол трения в радианах численно равен коэффициенту трения.

3.3 Условия захвата металла валками

В момент соприкосновения полосы с валками она находится под воздействием нормальной силы давления N и касательной силы трения Т (рис. 3.10). Горизонтальные проекции этих сил будут N_х и Т_х, направленные в разные стороны. Сила N_х стремится оттолкнуть полосу от валков, а сила Т_х, наоборот – втянуть полосу в валки. Пока N_х > Т_х захват полосы невозможен. Но как только установится условие N_х £ Т_х , произойдет так называемый естественный начальный захват металла валками.

Каково будет при этом соотношение угла захвата и коэффициента (угла) трения? Из рис. 3.10 следует: и .

Тогда условие начального захвата будет .

Разделив левую и правую части на , получим , или . А поскольку , то это же условие примет вид , или в радианах .

Т.е., при естественном захвате металла необходимо, чтобы коэффициент (угол) трения был равен или превышал угол захвата.

Таким образом, чем больше коэффициент (угол) трения, тем больше угол захвата, тем больше захватывающая способность валков, а, следовательно, и обжатие.

Из геометрических построений ранее была получена зависимость . По этой зависимости величина обжатия может изменяться от нуля при a = 0 до величины диаметра валков при a = 90^о. В действительности обжатие ограничивается захватывающей способностью валков, т.е. коэффициентом трения, а угол захвата не может быть больше угла трения.

Ниже в таблице 3.1 приведен уровень значений коэффициента трения и соответствующих ему углов захвата.