Измерение коэффициента (показателя) трения

Под коэффициентом (или показателем) трения при обработке металлов давлением чаще всегопонимают отношение касательного напряженияна поверхности контакта заготовки со штампом к пределу текучести (или сопротивлении деформации) деформируемого металла.

Наиболее простым и надежным способом определения коэффициента трения является метод осадки кольцевых образцов. Изменение формы кольцеобразного образца при сжатии зависитот деформации в осевом направлении и коэффициента трения. В очаге деформацииможно выделить две зоны, разделенные цилиндрической поверхностью (поверхностью раздела течения), имеющейрадиус r_s (рисунок 23).

Рисунок 23. Кольцевой образец для определения коэффициента трения

Металл, находящийсяна расстоянии от оси образца, при r_s < < R течет в радиальном направленииот оси образца (R – радиус наружной поверхности кольца);при r < < r_s – к оси образца (r – радиус внутренней поверхности кольца). Положение границы раздела течения,а следовательно, и текущие значения R и особенно r, существенно зависят от коэффициента трения. При уменьшении коэффициента трения величина r_s уменьшается и может выходить за пределы образца. В случае осадки без трения (= 0) величина r_s = 0.

Значение радиуса r_s для конкретного коэффициентаможно, в частности, определить, используя метод баланса мощности. В этом случае задается кинематически допустимое поле скоростей, где величина r_s выступает в качестве варьируемого параметра.

Суть метода осадки кольцевых образцов сводится к следующему. На первом этапе строится теоретическим путем номограмма, рассчитаннаядля принятых исходных размеров образца. На втором этапе проводитсяосадка между плоскими параллельными плитами на определеннуювеличину в направлении оси образца. Максимальная деформация но высоте ограничена значением в 50 %. По полученным после осадки размерамобразца и номограмме можно найти искомое значение коэффициента трения.

Рисунок 24. Номограмма для определения коэффициента трения

(исходные размеры образца R= 20 мм, r= 10 мм, h= 7 мм)

Номограмма представляет собой зависимость внутреннего диаметра кольцевого образца от его высоты после осадки при определенном значении коэффициента трения (рисунок 24). Она может быть построена следующим образом. Для какого-либо коэффициента трения рассчитывают радиус границы раздела течения. Далее уменьшают высоту образца h на некоторое малое значение (например, на 0,2 мм), считая с достаточной степенью точности, что изменением положения границы раздела течения можно при этом пренебречь. Новые наружный и внутренний диаметр вычисляют, исходя из условия постоянства объема, и процесс расчета повторяют вплоть до значения конечной высоты образца. Аналогичные расчеры проводят и для других значений коэффициента трения.

Измерение внутреннего диаметра можно с достаточной точностью проводить на инструментальном микроскопе. Если после осадки внутренний контур образца получил некоторую овальность и бочкообразность, следует сделать несколько измерений и взять среднее.