Файл: Капорович В.Г. Обкатка в производстве металлоизделий.pdf

и наружным поверхностям получаемых деталей. Обычно для обкатки и раскатки роликами и шариками в холод­

86

Чистота рабочей поверхности роликов для обкатки металла в горячем или подогретом состоянии (вольфрам и молибден в связи с их 'хладноломкостью обрабатывают с подогревом до 700—900° С) должна соответствовать 3—8-му классам. Рабочую поверхность инструмента тре­ ния для обкатки трубчатых заготовок в горячем состоя­ нии обрабатывают абразивным инструментом до 2—б-го класса чистоты. Рабочие поверхности ножей для совме­

15. ИЗНОС И СМАЗКА ИНСТРУМЕНТА, НАЛИПАНИЕ НА НЕГО МЕТАЛЛА

Качество и себестоимость выпускаемой продукции, получаемой обкаткой и раскаткой, в значительной сте­ пени связаны с износом инструмента и контактирующе­ го с ним металла.

Современное представление о природе трения и изно­ са в области обработки металлов давлением наиболее полно отражено в монографиях [17, 30]. Различают сле­ дующие специфические виды износа, вызванные тре­ нием.

Микрорезание: механическое вдавливание частиц из­ носа металла в микронеровности металла и срезание их. При холодной раскатке процесс микрорезания вызыва­ ется главным образом частицами металла, налипшими на инструмент в результате схватывания.

Глубинное вырывание: механизм такого износа при­ ближенно представляется как ряд процессов — разру­ шение смазочной пленки, образование прочной связи между двумя поверхностями при наличии отрицательно­ го градиента механических свойств по глубине от по­ верхности трения. Процесс глубинного вырывания с раз­ витием переходит в схватывание, поэтому его следует приостановить вначале, для чего необходимо правильно подобрать материал инструмента (повышенной твердо­ сти карбидного или карбидосодержащего класса) и по­ верхностно-активные смазки.

Атомарный износ: его доля в износе трущихся пар невелика; он представляет собой замещение атома кри­ сталлической решетки одного металла трущейся пары атомами другого металла.

87

Схватывание: механизм износа за счет сваривания трущихся пар по микронеровностям с последующим вырывом или микросрезом по сваренным участкам. Схва­ тывание частиц деформируемого металла с металлом инструмента может происходить при холодной и горя­ чей обработке металлов.

Окислительный износ представляется последователь­ ным образованием, разрушением и выносом окислов из контактной зоны. Этот вид износа особенно проявляет­ ся при горячей деформации металла с большими скоро­ стями скольжения без смазки в окислительной атмос­ фере.

Тепловой износ связан с термическим размягчением и оплавлением поверхностных слоев. Такой вид износа наблюдается при горячей обкатке инструментом трения. Развитие теплового износа сопровождается усилением процесса схватывания по большим площадям, что при­ водит к налипанию металла на инструмент и к образо­ ванию брака.

Абразивный износ вызывается воздействием посто­ ронних твердых частиц, в том числе некоторыми про­ дуктами износа — окислами, карбидами. При горячем деформировании трубчатых заготовок абразивным ма­ териалом является печная окалина.

Осповидный износ и развитие сетки трещин: эти про­

цессы износа определяются главным образом усталост­ ным разрушением, зависящим от удельных контактных давлений металла на инструмент, скорости скольжения, количества циклов нагрузки — разгрузки, количества и градиента теплосмен, вызывающих появление сетки раз­ гара.

Все перечисленные механизмы износа в той или иной степени проявляют себя одновременно, развиваются и угасают в зависимости от физических условий, создав­ шихся на пограничных поверхностях.

К большим осложнениям технологического процесса, особенно при горячей обкатке инструментом трения, приводит схватывание по большим площадям деформи­ руемого металла с металлом инструмента. Это вызы­ вает налипание металла на инструмент, изменяющего его профиль и приводящего к срезу поверхностного слоя деформируемого металла со снятием стружки.

Развитие схватывания и сварки трением протекает в три стадии [17]. Первая стадия характеризуется явле-

88

ниями внешнего трения (сухого и граничного) на кон­ тактирующей в процессе относительного скольжения паре, при этом по данным В. И. Билля выделяется око­ ло 1 % теплоты. Во второй стадии нагреваются поверх­ ностные слои контактирующих пар и появляются очаги схватывания. В этой стадии выделяется до 12% тепло­ ты. Для третьей стадии характерно большое выделение теплоты (87%), механическое разрушение и удаление всех загрязнений, имеющихся на контактных поверх­ ностях, оплавление и пластическая деформация свари­ ваемых контактных поверхностей.

Возникновение и развитие процесса схватывания за­ висят от следующих основных факторов:

внешних механических воздействий-—линейной ско­ рости скольжения деформируемого металла по инстру­ менту, давления металла на инструмент, продолжитель­ ности контактирования, вибрации, температуры и усло­ вий теплоотвода;

среды, в которой происходит трение сопряженных поверхностей (жидкой, газовой, твердой);

свойств металлов, составляющих контактную пару, методов их обработки.

На развитие процессов схватывания влияет также масштабный фактор. Схватывание в основном является процессом образования металлических связей между сопряженными поверхностями металлов, однако в про­ цессе схватывания возникают и другие, менее прочные связи. Как правило, пары металлов, плохо свариваемые электрической и газовой сваркой, хорошо противостоят схватыванию и сварке трением. Кроме физического сродства металлов иа схватывание большое 'влияние оказывают адсорбционные пленки, разделяющие сопря­ женные слои металла.

Результаты многочисленных исследований явлений износа, в том числе явлений схватывания и сварки тре­ нием в деталях машин и в обработке металлов давле­ нием, позволяют наметить следующие основные преду­

89

технологические, связанные с правильным выбором материала инструмента, подбором и дозированием смаз­ ки, охлаждением инструмента и т. п.

Конструктивные мероприятия могут учитываться при проектировании новых машин и изделий, получаемых обкаткой и раскаткой. При уже сложившемся производ­ стве проведение таких мероприятий весьма сложно. Остальные мероприятия — наиболее доступны и эффек­ тивны при сложившемся производстве.

Износ калиброванного инструмента трения изучается сравнением профилограмм инструмента до работы и на промежуточных этапах его работы (износа).

В первом приближении можно принять допущение о том, что накопленный износ инструмента в любой фик­ сированной точке определяется зависимостью

Д' — среднее значение Д за период времени Т.

Из рассмотрения кинематики изменения очага де­ формации при обкатке трубчатых заготовок по схеме па рис. 17 с учетом режима обкатки и заданной калибров­ ки инструмента получена зависимость для определения

износ инструмента и строить его профилограммы из ус­ ловия минимального износа калибрующих сечений.

Материал инструмента. На основании сказанного об износе инструмента и налипании деформируемого ме-

90