Прикладная часть
В качестве примера рассмотрим один из вариантов конструктивного управления внешним трением в процессе прессования порошковых тел.
Формулой (1) установлена обратно пропорциональная зависимость между коэффициентом внешнего трения f и диаметром пуансона d.
При известных величинах Мтр и Р точность определения коэффициента внешнего трения f зависит от прецизионности измерения диаметра пуансона d.
Необходимо иметь в виду, что давление выталкивания (усилие, необходимое для выталкивания брикета после его спрессования) зависит не только от внешнего трения прессуемого порошка о стенки пресс-формы, но и диаметра брикета d.
Упругое последействие влияет на изменение во времени диаметра брикета и диаметра пуансона.
Рассмотрим способ определения упругого последействия при использовании прессового оборудования (АС1000839).
Техническое решение относится к исследованию прочностных свойств материала, а именно к способам определения упругого последействия.
Известен способ определения упругого последействия материала, заключающийся в том, что образец материала нагружают заданным усилием или до заданной деформации, затем разгружают образец, регистрируют после разгрузки изменение деформации и по нему судят об упругом последействии материала. Согласно этому способу консольный образец огибают по боковой поверхности цилиндрической оправки, выдерживают некоторое время в напряженном состоянии и разгружают. Об упругом последействии судят по перемещению во времени свободного конца образца.
Недостатком известного способа является низкая точность при использовании для нагружения прессового оборудования в связи с тем, что на прессовом оборудовании упругое последействие появляется за время разгрузки образца.
Цель технического решения – повышение точности определения упругого последействия материала при использовании для нагружения прессового оборудования. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения упругого последействия материала, заключающемуся в том, что образец материала нагружают заданным усилием или до заданной деформации, затем разгружают образец, регистрируют после разгрузки изменение деформации и по нему судят об упругом последействии материала. Используют хрупкий элемент, который при нагружении размещают последовательно с образцом, а разгрузку осуществляют путем разрушения этого элемента.
Кроме того, дополнительно измеряют скорость деформации, которую учитывают при определении упругого последействия.
В качестве хрупкого элемента используют охлажденную каплю стекла с заостренным концом, которую разрушают отламыванием последнего.
Способ осуществляется установкой образца 1 (рис. 3) на рабочую поверхность 2 прессового нагружающего устройства.
Между другой рабочей поверхностью 3 нагружающего устройства и образцом 1 размещают хрупкий элемент 4.
Предварительно небольшим усилием нагружают последовательно расположенный хрупкий элемент 4 и образец 1 и записывают по показаниям датчика 5 деформации профилограмму образца 1.
В качестве хрупкого элемента можно использовать охлажденную каплю стекла с заостренным концом 6 (так называемую ботавскую слезу), которую помещают между поверхностями нагружающего устройства и образца так, чтобы заостренный конец 6 был свободен.
Затем образец 1 нагружают заданным усилием Р или до заданной деформации выдерживают в течение заданного времени и разгружают образец 2 путем разрушения хрупкого элемента 4.
Для разрушения хрупкого элемента в виде охлажденной капли стекла с заостренным концом 6 обламывают засоренный конец 6 капли.
Общая прочность хрупкого элемента в этом случае изменяется в силу распространения в нем трещин, и элемент быстро разрушается.
Датчиком 5 деформации регистрируют после разгрузки изменение деформации образца.
Для этого записывают профилограмму образно, начиная с момента разгрузки, через заданные временные интервалы.
С помощью измерительной аппаратуры, определяют по показаниям датчика 5, скорость деформации в сечениях, где снимаются профилограммы образца, а для определения упругого последействия по скорости деформации находят параметры экспоненциального закона упругого последействия.
Использование технического решения позволяет повысить точность определения упругого последействия при использовании прессового оборудования благодаря разгрузке образца путем быстрого разрушения хрупкого элемента и исключения погрешностей в измерении деформации, связанных со временем разгрузки образца.
 |
Рис.3 Схема осуществления способы.
На данное время самым распространенным способом уменьшение трения между пресс-форм и пуансонов и потери усилия трения это различные смазки. В качестве пластифицирующих веществ используют растворы органических высокомолекулярных соединений (полимеров) в воде (поливиниловый спирт - ПВС, метилцеллюлоза - МЦ и пр.), в органических растворителях (растворы каучуков в бензине, полиметилметакрилата в летучих растворителях и т.п.). Могут быть применены парафины, глицерин, различные масла. В качестве твердых пластификаторов иногда берут графит, нитрид бора и прочие, если это не ухудшает эксплуатационных свойств получаемых керамических изделий. Как смазки выступают обычно некоторые из пластификаторов, а также стеариновая кислота или стеараты, пальмитаты, олеаты (мыла). Целесообразно, например, использовать стеараты тех металлов, которые входят в состав получаемого материала, для предотвращения его загрязнения инородными примесями, скажем, при прессовании порошков никель-цинковых феррошпинелей можно взять стеарат цинка. Следует помнить о том что не всегда желательно присутствие в пластификаторах воды, которая способна при контакте с порошками привести к гидролитическому разложению полученных фаз заданного состава. Это относится к порошкам иттрий-бариевых купратов и другим подобным материалам.
Пресс-формы по своей конструкции должны иметь как можно более простую конфигурацию для уменьшения возможных напряжений в сформованных заготовках. Соотношение высоты и поперечного сечения получаемых заготовок чаще не превышает ~3:1 - 5:1 с использованием смазок и ~2:1 - без них. Высота прессовки ограничена неравномерностью распределения давления в заготовке, трением порошка и пуансонов о стенки пресс-формы. Сами пресс-формы бывают выполнены конструктивно в разборном варианте и неразборном, когда для извлечения заготовки необходимо её выталкивание одним из пуансонов.
Диффузия при управление внешним трением материала
Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникшему между прижатыми друг к другу телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним, сопровождаемое диссипацией энергий. В результате влияния внешнего трения в телах происходит перераспределение давления и плотности, что в свою очередь приводит к анизотропии механических свойств материала.
Если состав газовой смеси или жидкости не однороден, то тепловое движение молекул рано или поздно приводит к выравниванию концентрации каждой компоненты во всем объеме. Такой процесс называется диффузия. при протекании процесса диффузии всегда имеются так называемые диффузионные потоки вещества, величина и скорость которых определяется свойствами среды и градиентов, концентрации. Скорость диффузии в газах увеличивается с понижением давления и ростом температуры. Увеличение температуры вызывает ускорение диффузионных потоков в жидкостях и твердых телах. Кроме градиента концентрации, возникновению диффузионных потоков приводит наличие температурных градиентов в веществе (термодиффузия). Перепад температур в однородной по составу смеси вызывает появление разности концентрации между областями с различной температурой, при этом в газах более легкая компонента газовой смеси скапливается в области с более низкой температурой. Таким образом, явление термодиффузии можно использовать для разделения газовых смесей; этот метод весьма ценен для разделения изотопов.
Первые сведения о наводороживания при трении качения появились в 1963 г., когда Л. Грунберг и др. провели исследования влияния присутствия воды в минеральном масле на ускорение разрушения шарикоподшипников, изготовленных из обычных сталей.
Был предложен механизм ускоренного разрушения шарикоподшипников, основанный на образовании вакансионной диффузии водорода в высоконапряженную сталь и ее охрупчивание. Эту гипотезу проверяли на четырехшариковой машине со смазочным материалом, содержащим 6% тритиевой воды высокой активности.
На испытуемом приводном шарике образовались питтинги, на остальных трех шариках напряжения были меньше и признаков поверхностных разрушений не наблюдалось. Описанный эксперимент подтверждает гипотезу, что в присутствии воды водород внедряется в металл, подвергаемый поверхностному усталостному воздействию.
Для узлов трения современной техники представляют интерес исследования по изучению причин снижения сопротивления усталости при качении, обусловленного присутствием воды в смазочном материале или топливе при эксплуатации машин и механизмов.
1.Трение- диссипативный необратимый процесс в поверхностном слое металла. В процессе трения, согласно представлениям неравновесной термодинамики, могут возникать диссипативные структуры. Затрудняющий процесс самоорганизации в поверхностном слое металла при трении и образование диссипативной структуры – близость системы к равновесию, недостаточность ее возбуждения.
Механизмами, которые усиливают возбуждение и могут удалить систему от равновесия, создать преобладание диффузионных потоков при деформировании, может быть избирательное растворение, либо конденсация металла при его осаждении при трении, способствующие образованию неравновесных вакансий.
28.На начальной стадии трения на поверхности в соответствии с иерархией адсорбционных сил образуется многослойная защита. Подобная система, образующаяся в восстановительных условиях, поглощает адгезионные силы поверхности металла значительнее, чем граничный слой смазочного материала при граничной смазке.
10. Диффузионно-вакансионный механизм, изученный в явлении микропластичности, присутствует и в явлении избирательного переноса. При насыщении вакансиями и встречном переползании дислокаций в пленке возникает неравновесный безбарьерный диффузионно-вакансионный механизм. Безбарьерность связана со способностью атомов, выходящих на поверхность, вступать в химическое соединение с лигандами смазочного материала и при трении десорбироваться.
Вывод
Управление вешним трением является немаловажной задачей при проектировании машинных агрегатов, управления машинами на производстве. Разработанный мной метод в большей степени подытоживает все изученные мной методы, такие как метод Ивасышина Г.С., метод Жданова Г.С. для определения коэффициента внешнего трения. Практическое использование методов поможет более точно определять внешнее трение, а точнее коэффициент его определяющий. Многие факторы для его корректировки и уточнения необходимо постоянно иметь ввиду при его непосредственном вычислении, в том числе и упругое последействие.
Список литературы
1) Авторское св-во № 1000839(СССР) Ивасышин Г.С. Способ определения упругого последействия материала, 1983. - №8
2) Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. Издательство МСХА Москва 2001г.
3) Жарин А.Л., Шипица Н.А., Фишбейн Е.И. и др. - С. 138-139. Исследование деформации материалов при трении
4) Лудема К.С. Трение твердых тел. Трибология. Исследования и приложения. Под ред. В.А.Белого , К.Лудемы, Н.К.Мышкина – М.:Машиностроение, -1993.с.19-29
5) Поляков А.А. Эффект безызносности и триботехнологии. 1996г. №3-4