Факторы, влияющие на жидкостное трение

При прочих равных условиях сила гидродинамического трения на два порядка меньше трения граничного и сухого. Впрямую состояние поверхностей на силу гидродинамического трения не влияет, и понятия «коэффициент трения» в этом случае ввести нельзя.

Очевиден и естественный критерий перехода от полусухого трения к гидродинамическому — это толщина смазочного слоя. Он определяется критической толщиной смазочного слоя h_кр. Если толщина слоя меньше критической, непрерывный слой смазки разрушается и начинает работать механизм полусухого трения, и наоборот. Обычно величину h_кр связывают с состоянием поверхностей пары трения через среднюю высоту шероховатости h_ш:

h_кр = 3 мкм + h_ш

Таким образом, чем грубее поверхность, тем быстрее наступает переход от гидродинамического к граничному трению.

При жидкостном трении необходима сила для преодоления внутреннего трения слоя смазки:

– сила трения;

– напряжение трения,

где – коэффициент вязкости жидкости, V – скорость скольжения, h – толщина слоя смазки.

В системе единиц СИ абсолютная вязкость измеряется в пуазах. Таким образом, пуаз (Пз) определяется как сила в ньютонах, необходимая для того, чтобы пластинка площадью 1 двигалась с постоянной скоростью 1 см/с параллельно плоскости, расположенной на расстоянии 1 см от нее. На практике чаще пользуются в сто раз меньшей единицей (сПз). Вязкость, выраженную в сантипаузах, обычно обозначают буквой z. Вязкость воды при 20° С почти точно равна 1 сПз. (Название «пуаз» дано в честь французского физика Жана Пуазейля.)

Из формулы видно, что жидкостное трение возможно только в движении. Если скорость скольжения V=0, то и T=0, и =0. При малых скоростях сила трения пропорциональна скорости. При больших скоростях сила трения пропорциональна квадрату скорости. При сверхзвуковых скоростях сила вязкого трения пропорциональна третьей степени скорости.

Эта формула верна только в том случае, если скорость скольжения линейно изменяется по толщине слоя смазки. В действительности это не так. Поэтому для более точных расчетов необходимо брать проекцию скорости по направлению нормали. Таким образом, чтобы определить напряжение, действующее на металл, необходимо знать течение смазки.

Из формул видно, что сила и напряжение трения при жидкостном трении не зависит от нормального давления, но зависит от площади контакта в противоположность сухому трению. Сила трения тем больше, чем больше вязкость смазки. Однако, высокая вязкость необходима для создания прочного неразрывного слоя смазки. Чем больше удельное давление при контакте, тем большей вязкостью должна обладать смазка.

Влияние скорости скольжения, как это видно из формул, при жидкостном трении противоположно ее влиянию при сухом трении. Если при сухом трении сила трения уменьшается с увеличением скорости, то при жидкостном – наоборот растет. Но при увеличении скорости большее количество смазки увлекается в зону контакта, толщина слоя смазки увеличивается и сила трения уменьшается.

Трение при различных видах омд

1. Трение при прокатке

В настоящее время горячую прокатку осуществляют в режиме сухого трения. Холодная прокатка осуществляется с применением смазок. При холодной прокатке листов и полосы толщиной до 2,5 мм на входе в очаг деформации действует гидродинамический эффект, нагнетающий смазку. У кромок полосы он не действует и достигает максимума в центре полосы.

Наряду с задачей снижения трения, смазка при холодной прокатке выполняет и задачу охлаждения прокатываемой полосы и валков, т.е. отводит тепло, выделяющееся в результате пластической деформации.

Прокатка без трения невозможна, но трение должно быть умеренным, чтобы неоправданно не возрастали нагрузки на прокатный стан.

2. Трение при волочении.

При волочении проволоки и прутков используется жидкостное трение. При волочении труб на длинной оправке трение со стороны оправки помогает процессу деформации и его нужно увеличивать в разумных пределах. Трение со стороны волоки – сопротивление деформации. И его нужно уменьшать, используя режим жидкостного трения.

3. Трение при ковке и штамповке.

Усилие деформации существенно превышает сопротивление металла деформации. Это объясняется тем, что шероховатые штампы оказывают сопротивление растеканию металла, т.е. обеспечивают высокую силу трения. При ковке максимальное трение сосредоточено ближе к центру инструмента. А в самом центре имеет место прилипание. Тормозящее влияние касательных напряжений растеканию металла при ковке можно существенно уменьшить, если развернуть касательное напряжение на 90 градусов, введя наряду с поступательным движением штампа его вращение вокруг оси диска. Если скорость вращения будет существенно больше скорости вертикального смещения штампа, то горизонтальная составляющая силы трения не будет существенно препятствовать растеканию металла в стороны. В этом случае сила осадки может быть существенно уменьшена.

Холодную штамповку производят с применением смазок. В последнее время эффективно стали применять жидкостной режим трения. Гидромеханическая вытяжка заключается в том, что сжатие жидкости в полости матрицы пуансоном с изделием приводит к ее прорыву между матрицей и изделием с образованием слоя, обеспечивающего жидкостное трение.