5,9.2. Факторы, влияющие на величину сил контактного трения

На величину возникающих на поверхности контакта элемен­тарных сил трения при пластическом деформировании влияет ряд факторов: состояние поверхности давящего инструмента, состояние поверхности обрабатываемого тела, химический состав обрабаты­ваемого сплава, температура деформации, скорость деформирова­ния и характер приложения нагрузки.

Состояние поверхности рабочего инстру­мента является существенным фактором, влияющим на величину сил контактного трения. Понятно, что чем выше качество обработки поверхности инструмента, тем меньше при прочих равных условиях силы трения. Влияние обработки настолько значительно, что вели­чина сил трения различна в зависимости от направления скольже­ния металла по отношению к направлению обработки. Этот факт, исследованный И. М. Павловым, назван анизотропией трения. Даже при обработке инструмента двойным шлифованием и при наличии смазки силы трения поперек направления обработки примерно на 20% больше, чем вдоль направления обработки. При отсутствии смазки и при грубой обработке инструмента анизотро­пия трения сказывается еще резче [64].

В. П. Северденко совместно с А. В. Степаненко, изучая анизо­тропию трения, установили, что при работе на грузообрабо-танном инструменте анизотропия трения достигает 65%. При­менение же смазки снижает анизотропию трения, однако эффект смазки уменьшается с увеличением шероховатости инструмен­та. Анизотропия трения в интервале температур 20—800^ч С для стали и 20—400° С для алюминия уменьшается с ростом темпе­ратуры [831.

Анизотропия трения может вызывать искажение формы тела при пластическом деформировании. Так, например, при осадке

6 М. В. Сторожев 161

цилиндра в результате анизотропии трения поверхности контакта из круглых могут превратиться в эллиптические.

Вид обработки контактной поверхности деформируемого тела, по мнению Е. П. Унксова, имеет значение лишь в начальный момент деформации. При ее дальней­шем развитии контактная поверхность деформируемого металла сглаживается и «становится как бы отпечатком поверхности инстру­мента».

Существенное влияние на трение [108, 109] оказывает ф из и-ко-химическое состояние поверхности. Однако, несмотря на значительное количество исследований, пол­ной ясности в этом вопросе еще нет. Из работ А. К- Чертав-ских [116], К. Н. Кана и др. следует, что в случае холодной дефор­мации при тщательной очистке контактной поверхности образцов от окислов и загрязнений трение достигает значительной величины, вплоть до того, что происходит схватывание трущихся металлов.

Трение становится минимальным при некоторой определенной толщине (весьма малой) пленки окислов, а затем при увеличении толщины пленки увеличивается. Особенно вредны пленки хрупких окислов, например окалины при горячей деформации стали, кото­рая не только увеличивает трение, но и может служить причиной различных дефектов поверхности поковки, внедряясь в металл.

Экспериментальные исследования овлиянии химиче­ского состава деформируемого сплава на тре­ние пока не дают согласных результатов. Так, по опытам Л. А. Шофмана [120], при холодной осадке без смазки при полиро­ванной поверхности инструмента трение оказалось минимальным для стали, максимальным для дюралюминия, промежуточным по величине для меди.

По данным С. И. Губкина [12], для деформации без смазки при температурах меньших 0,5 Т_пл уменьшение сил трения соот­ветствует следующему порядку сплавов: сталь и алюминиевые сплавы, магниевые сплавы, тяжелые цветные сплавы, жаростойкие цветные сплавы. Весьма вероятно, что некоторое различие опытных данных является результатом неидентичного физико-химического состояния поверхности испытуемых образцов, и это последнее играет большую роль, чем химический состав сплава.

Температура деформации является важнейшим фактором, влияющим на трение. При холодной деформации трение наименьшее. С повышением температуры трение растет, достигая максимума в некотором интервале температур.

В. П. Северденко и Е. С. Воячек, изучая трение при деформиро­вании стали, установили наличие минимума и двух максимумов: первого — в зоне температур 450—500° С и второго — в интер­вале 900—1050° С. Наличие минимума в интервале температур 600—750° С (в зависимости от марки стали) объясняют качествен­ным изменением окалины — появлением в ней новой фазы FeO, которая, в свою очередь, способствует дальнейшему интен­сивному окислению стали,что приводит к появлению второго максимума [83].

Наблюдаемое при малых степенях деформации (—0,2) снижение трения в зоне высоких температур после второго максимума Е. П. Унксов объясняет повышением пластичности и падением напряжения текучести [109].

В. П. Северденко, в свою очередь, указывает на благоприятное влияние снижения интенсивности окисления при температурах 1000—1100° С и смазывающего действия окалины при температу­рах, близких к 1200° С.

Исследования С. И. Губкина, М. В. Врацкого, И. М. Павлова и др. определенно показывают, что контактное трение несколько снижается с увеличением относительной скорости сколь-женияметалла по поверхности инструмента, т. е. с увеличением скорости деформирования. В частности, контакт­ное трение при обработке на молоте меньше, чем при обработке на прессе.

Характер нагрузки также оказывает влияние на трение. Так, при деформировании вибрационной нагрузкой дефор­мирующее усилие при осадке образцов иногда снижается в 1,5— 2 раза, неравномерность деформации уменьшается (бочкообраз-ность меньше, волокна макроструктуры более прямолинейны, ми­кроструктура однороднее). Все это свидетельствует о значительном снижении трения.

Контактное трение снижается также при наложении на дефор­мируемую заготовку ультразвуковых колебаний [84].

Рационально выбранная смазка снижает трение в несколько раз. Однако и при наличии смазки наблюдается относительный рост сил трения, особенно заметный при повышении температуры и степени деформации [134].

От смазки требуется, чтобы она создавала прочную пленку, хорошо прилипала к поверхности контакта и в то же время легко удалялась после обработки.

Рецептуры современных смазочных составов для холодного деформирования отличаются разнообразием и сложностью. В со­став смазок входят минеральные и органические масла, активизи­рующие присадки (олеиновая кислота, сера), а также нейтральные наполнители (графит, мел, тальк) и другие вещества. При горячей обработке в качестве смазок применяют мазут, древесные опилки, коллоидальный графит и др.

В настоящее время при горячей обработке большое значение приобрели смазки на основе стекла. Эти смазки более эффективно снижают трение по сравнению, например, с графитовыми смазками. Они образуют теплоизолирующую пленку между поверхностями инструмента и металла, которая, кроме того, предохраняет металл от окисления, что ведет к улучшению качества поверхности.

Однако стеклянные смазки имеют серьезные недостатки, а именно: несовершенство и трудоемкость способов нанесения,

загрязнение штампа, трудность удаления стекла с поверхности-штампа и поковки.

Как сказано ранее, трение для подавляющего числа операций обработки металлов давлением является вредным фактором. По­этому следует принимать все возможные меры к снижению трения. Среди них наиболее эффективны повышение качества обработки поверхности давящего инструмента и совершенствование техноло­гических смазок.