Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

При более тонкой смазочной прослойке имеет место граничное

тела. При движении неровности зацепляются друг за друга и под­ вергаются упругим или пластическим деформациям. В этом случае полагали, что сила трения равна произведению прочности (на сдвиг) более сдйбого металла трущейся пары на величину площади, на которой происходит сдвиг [30].

Трение гладких поверхностей объясняют схватыванием (адге­ зией) поверхностей, вызванным молекулярным притяжением частиц тела, когда требуется применять значительную силу, чтобы разъ­ единить сцепленные подобным образом поверхности.

При наличии упругого и пластического контакта трущейся пары, учитывая фрикционные свойства поверхностей, И. В. Кра-

ствии нормального давления; Рг — фактическое давление на кон­ такте; р — коэффициент, характеризующий повышение прочности на срез при увеличении нормального давления; k — коэффициент, зависящий от микрошероховатости поверхности и вида контакта

Первые два члена формулы (2) характеризуют адгезионную составляющую коэффициента трения, последний — деформацион­ ную составляющую при пластическом контакте.

Общую гипотезу о механизме трения развивает Б. В. Дерягин [26]. Он считает, что оба фактора — сравнительно грубая шероховатость и адгезионные силы молекулярного притяжения способны вызвать только дополнительное увеличение силы тре­ ния, которое нарушает известный закон Амонтона о пропорцио­ нальности силы трения F нормальной нагрузке. Б. В. Дерягин утверждает, что внешнее трение, подобно внутреннему — явление молекулярное, вытекающее из дискретной атомно-молекулярной структуры материи, т. е. трение в основном вызвано молекуляр­ ной шероховатостью, присущей всякой поверхности вследствие атомного строения тел.

Из этого следует ряд полезных заключений. Например, в зоне умеренных температур, когда тело еще не размягчается и, следо­ вательно, размад тепловых колебаний атомов меньше межатом-

22

ных расстояний, коэффициент трения мало или совсем не будет зависеть от температуры (если с температурой не меняются при­ рода и состояние трущихся поверхностей, например не происхо­ дит размягчения их или образования окисных пленок).

Таким образом, истинный коэффициент трения зависит от молекулярной шероховатости, а также от сил атомно-молекуляр- ного взаимодействия поверхностей трения. Отсюда понятно, по­ чему и для полированных поверхностей коэффициент трения сохра­ няет .высокое значение. Учитывая силы атомно-молекулярного взаимодействия, закон Амонтона выражают в обобщенном виде:

не будет величиной постоянной; он увеличивается, как показывает опыт, с уменьшением нормальной силы. Необходимо учесть, что с изменением нормальной нагрузки будет изменяться площадь действительного контакта и, следовательно, сила трения может значительно отклоняться от некоторого среднего значения. Учиты­ вая, что равнодействующая сил молекулярного притяжения N0 равна площади истинного контакта между трущимися поверхно­ стями 5 0 , помноженной на р 0 — силу молекулярного притяжения, действующую на единицу площади действительного контакта, обобщенный закон трения выражается формулой

F = vl(N + S0 po).

Отмечаемое этим уравнением равноправное участие в формиро­ вании силы трения истинной площади трения и нормального

с закономерностями трения, связанными с физико-механическими

По данным автора, при исследовании коэффициента трения различных инструментальных материалов о сталь и чугун было замечено, что более твердые и плотные режущие пластины имеют пониженные коэффициенты трения. Исследование и опыт пока­ зывают, что коэффициент трения является не только показателем фрикционных свойств исследуемых материалов, но еще в большей

23

степени выражением физико-механических свойств трущихся металлов и, следовательно, их структурного состояния.

Строение кристаллической решетки оказывает решающее влия­ ние на фрикционные свойства и молекулярное схватывание (адге­ зию) моно- и поликристаллических металлов. Считают, например, что металлы с гексагональной решеткой имеют низкие коэффициенты трения и адгезию сравнительно с металлами с кубической гране- и объемно-центрированной решеткой, так как гексагональные металлы обладают наименьшим количеством систем скольжения. Правда, антифрикционные свойства их высокоанизотропны: наи­ меньшие коэффициенты трения наблюдаются при скольжении

а тем самым и адгезия (схватывание) более значительна у метал­ лов с кубической гранецентрированной решеткой вследствие наличия у них многих систем скольжения [124 ]. К этому надо добавить, что адгезия уменьшается у трущейся пары с различными кристаллическими решетками. Эффект взаимного притяжения контактирующих поверхностей (поверхностная энергия), усиливаю­

с величиной коэффициента трения; здесь имеют место более слож­ ные закономерности.

Различают износ твердых тел в условиях упругого контакти­ рования неровностей, пластического деформирования поверхност­ ного слоя и микрорезания.

В случае упругого контактирования площадь фактического касания поверхности трения составляет незначительную часть номинальной площади контакта. При скольжении площадь фак­ тического контакта постепенно увеличивается, пока не устано­ вится в результате приработки шероховатость поверхностей, оптимальная для данных условий трения; время приработки зависит от удельной нагрузки. Используя микрогеометрические и физико-механические характеристики трущейся пары можно рассчитать фрикционные процессы при установившемся движе­ нии 125].

При трении твердых тел в условиях пластического контакта их поверхностные слои находятся в сложном напряженном состоя­ нии и пластически деформируются. Здесь происходит зарождение, движение и взаимодействие дислокаций, чем и обусловливаются

24

Практически в условиях пластического контакта износостой­ кость трущихся материалов связывается не только с величиной коэффициента трения, но и с их прочностными характеристиками (произведением твердости и относительного удлинения при разрыве и характером кривой усталости в условиях жесткого нагружения).

При микрорезании, когда имеется непосредственный контакт острой режущей кромки и поверхности резания, решающим для стойкости лезвия является соотношение твердостей трущихся материалов. Утверждают [47], что при переходе от износа при упругом контактировании к износу микрорезанием интенсивность износа может возрасти на несколько порядков. Это объясняет появление борозд на режущей кромке инструмента.

Необходимо отметить, что процесс резания при некоторых

При высоких скоростях скольжения и соответственно высокой температуре на величину износа могут существенно влиять вели­ чина и знак ускорения. На участках разгона возможны заметное увеличение растягивающих напряжений и, наоборот, сжимающие напряжения на участках замедления. Все это в результате контакт­ ного взаимодействия трущихся поверхностей может отразиться на их износе. Подобный эффект вероятно будет лишь при очень

ских), действующих на наклонных поверхностях напряженного тела. На этом основании определяют предельные значения коэф­ фициентов трения при резании металлов (и, = 0,5-^0,577) по соот­ ношениям между главными касательными или октаэдрическими напряжениями и пределом текучести обрабатываемых материалов независимо от условий протекания процесса. Это не оправдано с точки зрения природы явлений, происходящих при резании металлов [70].

тел. Общеизвестно, что чем больше металлы отличаются по при­ роде, тем лучше они противостоят износу при взаимном относитель­ ном движении. Трение в однородных парах особенно резко воз-

25

растает при отсутствии защитных окисных пленок на трущихся

При осуществлении процесса резания в нейтральной среде (жидкого воздуха, газообразного водорода) значительно усили­

ного газа усилие шлифования возрастало в 20 раз в результате повышения трения на поверхностях абразивных зерен и связки. Вместе с тем процесс резания можно облегчить при использовании органических охлаждающих средств. Металл является катализа­ тором, разлагающим органические среды, чему способствует боль­ шая химическая активность чистых (ювенильных) вновь образуе­ мых поверхностей.

Скорость химических реакций значительно увеличивается при высоких температурах и давлении и особенно при наличии сильно деформированной поверхности. В результате реакций из органи­ ческой среды выделяются водород, кислород, азот и другие эле­ менты, поглощаемые металлом в зоне резания. Здесь атомы водо­ рода охрупчивают металл, снижая удельную работу резания, и тем значительнее, чем пластичнее металл. При насыщении металла углеродом и азотом повышается местная прочность в зоне резания и тогда процесс резания не облегчается, а затруд­ няется.

Исключительная способность ювенильных поверхностей к хи­ мическим реакциям в обычных условиях (без нейтральной среды) даже при комнатной температуре приводит к тому, что на поверх­ ности резания и стружки моментально образуются окисные пленки (скорость образования моноатомного слоя окислов составляет

компоненты обрабатываемого сплава, а некоторые из них имеют

другие металлы, наоборот, образуют плотные окислы, что соот­

лов. Например, упрочненный вольфрам окисляется только при красном калении й при этом получается неустойчивая пленка. Титан, наоборот, отличается большим сродством с кислородом

26