Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ работ по волочению в режиме жидкостного трения 9
1.1. Краткий исторический обзор работ по гидродинамическому эффекту смазки... 9
1.2. Анализ работ посвященных исследованию гидродинамического эффекта смазки при волочении 11
1.3. Устройства для создания жидкостного трения при волочении 32
1.4. Цель и задачи исследования 38
Глава 2. Аналитическое определение условий создания режима жидкостного трения при волочении 39
2.1. Основные уравнения гидродинамической теории смазки при волочении 41
2.2. Расчет деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении по формулам теории упругости 45
2.3. Расчет деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении методом граничных элементов 55
2.4. Расчет упругопластической деформации заготовки в предочаговой зоне при волочении
2.5. Расчет теплообмена в инструменте при волочении методом граничных элементов 76
2.6. Расчет температуры смазки в предочаговой зоне при волочении 90
2.7. Алгоритм расчета гидродинамического давления и толщины слоя смазки на
входе в очаг деформации при волочении 94
Глава 3. Экспериментальное определение зависимости вязкости смазки от температуры и давления 101
3.1. Основные методы измерения вязкости смазок 101
3.2. Установка для экспериментального исследования зависимости вязкости смазок от давления и температуры 104
3.3. Методика проведения экспериментов по исследованию зависимости вязкости смазок от давления и температуры 112
3.4. Результаты экспериментов по исследованию вязкости смазок 118
3.5. Обработка результатов экспериментов и определение погрешностей 129
3.5.1. Погрешность теоретического определения вязкости смазки 129
3.5.2. Погрешность осреднения опытных данных вязкости смазки 132
3.5.3. Определение функциональной зависимости вязкости смазки от температуры и давления
Глава 4. Экспериментальное исследование процесса волочения в режиме жидкостного трения 142
4.1. Установка для экспериментального исследования процесса волочения в режиме жидкостного трения 142
4.2. Методика проведения экспериментов по исследованию процесса волочения в режиме жидкостного трения 148
4.3. Методика обработки результатов экспериментов 150
4.4. Результаты экспериментов по исследованию процесса волочения в режиме жидкостного трения 152
4.5. Определение погрешности эксперимента 156
4.5.1. Погрешность теоретического определения толщины слоя смазки на проволоке после волочения 156
4.5.2. Погрешность осреднения опытных данных толщины слоя смазки на проволоке после волочения 158
4.6. Сопоставление полученных экспериментальных данных с теоретически рассчитанными значениями толщины слоя смазки на проволоке после волочения 160
Глава 5. Расчет условий волочения в режиме жидкостного трения 163
5.1. Расчет параметров, необходимых для волочения в режиме жидкостного трения, при использовании инструмента с напорной трубкой 163
5.2. Расчет параметров, необходимых для волочения в режиме жидкостного трения, при использовании инструмента с напорной волокой 171
5.3. Расчет параметров, необходимых для волочения в режиме жидкостного трения, при подаче смазки под давлением от внешнего источника 178
Основные результаты и выводы 186
Библиографический список 189
- Анализ работ посвященных исследованию гидродинамического эффекта смазки при волочении
- Расчет деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении по формулам теории упругости
- Установка для экспериментального исследования зависимости вязкости смазок от давления и температуры
- Методика проведения экспериментов по исследованию процесса волочения в режиме жидкостного трения
Введение к работе
Для успешного решения задач развития всех отраслей современной металлургии и машиностроения необходимо совершенствовать технологические процессы производства изделий из черных и цветных металлов и сплавов. Волочение является широко распространенным технологическим процессом для получения проволоки, прутков, труб и т.д.
В условиях высоких контактных давлений и температур в очаге деформации при волочении трение является одним из главных отрицательных факторов, затрудняющих этот процесс. Силы трения вызывают износ дорогостоящего инструмента, при этом большие силы трения вызывают больший износ инструмента. Замена износившегося инструмента приводит к потерям рабочего времени и простою волочильного оборудования. Трение ограничивает степень деформации и требует большего усилия волочения. При волочении большие трудности возникают из-за налипания обрабатываемого металла на волоки, что приводит к образованию задиров, ухудшению качества поверхности проволоки и обрывам. Во многом это происходит из-за трения между заготовкой и инструментом, которое проявляется в виде тангенциальных сил, приложенных к поверхности контакта.
Силу трения можно существенно уменьшить, создав между трущимися поверхностями режим жидкостного трения. Для создания режима жидкостного трения необходимо разделить трущиеся поверхности слоем смазки толщиной не меньшей суммарной высоты микронеровностей трущихся поверхностей. Такая толщина смазочной пленки позволит экранировать трущиеся поверхности от непосредственного контакта между собой и предотвратить схватывание.
Создание жидкостного трения при волочении приводит к повышению производительности волочильного производства, снижению себестоимости получаемой продукции за счет увеличения скорости волочения и величины обжатия, снижения износа инструмента и обрывности проволоки[38].
Формирование жидкостного трения при волочении происходит при высоких контактных давлениях и пластической деформации заготовки. Для того чтобы смазочный слой между контактными поверхностями инструмента и заготовки при этом не разрушался, в нем должны возникать избыточные давления. Осуществление этого возможно как за счет гидродинамического эффекта смазки, так и в результате принудительной подачи смазки под давлением в зону очага деформации.
Гидродинамический эффект заключается в самопроизвольном возникновении давлений в смазочном слое из-за сопротивления скольжению слоев смазки при относительном перемещении трущихся поверхностей.
Основы гидродинамической теории смазки как самостоятельного раздела науки о машинах были заложены в трудах Н.Л. Петрова [75], О. Рейнольдса [84] и др. применительно к подшипникам скольжения в период 1879-1883 гг.
Возможность создания жидкостного трения во многих процессах обработки давлением показана в работах В.Л. Колмогорова [38,39], Г.Л. Колмогорова [40-47], В.И. Казаченка [31-34], И.Б. Покраса [77-81 ], А.П.Грудева[19], Х.Л.Пью[61], Е.И. Исаченкова [30], Л.В. Прозорова [82], А.К. Чертавских [93], Дж.Х. Таттерсола[ 109-11] и др.
При волочении имеются условия для проявления гидродинамического эффекта смазки. Смазка, прилипая к поверхности инструмента и заготовки при относительном их перемещении, нагнетается в клиновой зазор, образованный поверхностями инструмента и заготовки. В результате преодоления сил трения в смазочном слое возникают гидродинамические давления. Их величина зависит от формы и размеров смазочного клина, скорости относительного перемещения контактных поверхностей, вязкости применяемой смазки и др.
Гидродинамическое давление смазки вызывает деформации поверхностей инструмента и заготовки, которые в свою очередь влияют на величину развиваемого гидродинамического давления. Кроме того, на возникающее гидродинамическое давление значительное влияние оказывает
6 вязкость смазки. Величина вязкости, в свою очередь зависит от величины
гидродинамического давления и от температуры смазки.
Данная работа направлена на уточнение и дальнейшее развитие теории жидкостного трения при волочении за счет применения комплексного подхода к определению условий создания режима жидкостного трения, включающего в себя численное решение системы уравнений, позволяющее определить гидродинамическое давление смазки, деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки, температуру инструмента и смазки в предочаговой зоне, вязкость смазки с учетом ее зависимости от давления и температуры.
Такой комплексный подход с использованием современной вычислительной техники, основанный на совместном решении системы из уравнений гидродинамики, теории упругости, теплообмена, зависимости вязкости смазки от температуры и давления позволит создать расчетные методы определения условий создания режима жидкостного трения при волочении и на их основе разработать программный продукт. Который позволит увеличить точность определения условий создания режима жидкостного трения при волочении, что повысит надежность реализации этого режима в производственных условиях.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, библиографического списка.
В первой главе выполнен обзор работ, посвященных исследованию гидродинамического эффекта смазки при волочении. Проведен анализ конструкций устройств для волочения в режиме жидкостного трения отечественного и зарубежного производства. В заключении главы поставлены цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена аналитическому определению условий создания режима жидкостного трения при волочении. Для этого разработаны методики определения деформаций контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении на основе формул теории упругости, принимающих инструмент за упругое полупространство, а заготовку за упругую полосу, лежащую на жестком основании; а так же методом граничных элементов,
позволяющим учитывать реальную геометрию инструмента. Приведены результаты расчета упругих деформаций контактных поверхностей инструмента и заготовки, упругопластических деформаций заготовки в предочаговой зоне. Произведен расчет температуры инструмента с учетом теплообмена на его контактных поверхностях методом граничных элементов. Произведен расчет температуры смазки в предочаговой зоне при волочении с учетом ее нагрева за счет внутреннего трения, а так же теплообмена с инструментом и заготовкой.
Третья глава посвящена экспериментальному исследованию зависимости вязкости смазок от давления и температуры. Приведены описание используемого оборудования, методика проведения экспериментов, результаты экспериментов, статистическая обработка результатов экспериментов и определение погрешностей; на примере полученных данных дана методика определения функциональной зависимости вязкости смазки от температуры и давления. Глава содержит результаты экспериментального исследования зависимости вязкости смазок ТАД-17И и МС-20 от давления и температуры.
Разработанный способ и созданный капиллярный вискозиметр для экспериментального определения вязкости ньютоновской жидкости могут применяться для исследования реологических свойств различных смазок, применяемых при волочении, при переменных температурах и давлениях
В четвертой главе приведена методика экспериментального исследования процесса волочения в режиме жидкостного трения, описано используемое оборудование, методика обработки результатов экспериментов, результаты экспериментов, выполнено определение погрешности экспериментов, произведено сопоставление теоретических и экспериментальных значений толщины слоя смазки на проволоке после волочения.
В пятой главе на основе разработанного комплексного подхода предложены методики и разработаны программные продукты по определению параметров волочения для его реализации в режиме жидкостного трения для инструмента с напорными трубками, с напорными волоками, с подачей смазки под давлением от внешнего источника. Разработанные компьютерные
программы позволяют рассчитывать параметры волочения, обеспечивающие создания режима жидкостного трения, что повышает надежность реализации этого режима в производственных условиях. Разработанное программное обеспечение может быть адаптировано под существующее оборудование, инструмент, применяемые смазки для любого волочильного производства. На защиту выносятся:
Комплексной подход к определению условий, необходимых для создания режима жидкостного трения при волочении, основанный на совместном решении зависящих друг от друга задач: гидродинамической теории смазки, контактной задачи теории упругости и пластичности, тепловой задачи с учетом зависимости вязкости применяемой смазки от температуры и давления.
Метод экспериментального определения вязкости ньютоновской жидкости при переменных температурах и давлениях, устройство для его осуществления.
Результаты экспериментов по исследованию зависимости вязкости смазок от температуры и давления.
Метод и устройство определения толщины слоя смазки на проволоке после волочения.
Результаты экспериментов по определению толщины слоя смазки на проволоке после волочения.
Методика определения параметров процесса, обеспечивающих создание режима жидкостного трения при волочении, для инструмента с напорными трубками, напорными волоками, с подачей смазки под давлением от внешнего источника, основанная на разработанном комплексном подходе.
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены автором в лаборатории кафедры "Машины и технологии обработки металлов давлением" Ижевского Государственного Технического Университета.
Анализ работ посвященных исследованию гидродинамического эффекта смазки при волочении
Д.Г. Кристоферсон и X. Найлор [106, 107] первыми разработали теорию волочения проволоки в условиях жидкостного трения за счет использования гидродинамического эффекта смазки. Однако их теория имела тот недостаток, что все уравнения содержали две зависимые переменные: развиваемое давление р и количество протекающей смазки. При этом ни величину давления, ни величину потока смазки нельзя вычислить, если другая величина не известна из эксперимента. Далее Дж.Х. Таттерсол в своей работе [109] попытался ликвидировать этот недостаток.
Рассмотрим работу Дж.Х. Таттерсола [109, ПО], а так же работы И.Н. Недовизия [66, 67, 83], Дж.А. Валовита и В.Р. Уилсона [95], в которых используется аналогичный подход. Во всех этих работах принимаются следующие допущения: 1. Матрица является жесткой (не учитывается упругая деформация инструмента). 2. Материал заготовки остается жестким до начала текучести (не учитывается упругая деформация заготовки). Текучесть и последующее пластическое течение подчиняются законам Треска или Мизеса. Деформация характеризуется постоянным напряжением текучести а при одноосном напряженном состоянии. 3. Деформация происходит в изотермических условиях. 4. Смазка рассматривается как ньютоновская жидкость, вязкость которой зависит только от давления (не зависит от температуры). 5. Градиент давления на входе и выходе из зоны пластической деформации равен нулю. 6. Градиент давления в зоне пластической деформации таков, что его влиянием на течение смазки можно пренебречь. 7. Деформация является однородной и скорость материала на контактной поверхности пропорциональна квадрату его диаметра. 8. Толщина смазочного слоя мала по сравнению с диаметром заготовки. 9. Применяется уравнение О. Рейнольдса для установившегося несжимаемого потока.
Однако необходимо заметить, что в действительности толщина слоя смазки h между проволокой и инструментом зависит от величины гидродинамического давления смазки, поскольку это давление вызывает упругие деформации проволоки и инструмента.
В приведенной Дж.Х. Таттерсолом методике определения толщины слоя смазки есть противоречие, а именно, выражение для давления (5) получено интегрированием уравнения (1) при условии, что толщина слоя смазки h не зависит от величины давления (иначе произвести интегрирование невозможно), тем не менее толщина слоя смазки (7) определяется именно из выражения для давления (5).
В приведенных из работы И.Н. Недовизия [83] формулах для расчета гидродинамического давления и толщины слоя смазки не учитывается совместное влияние на вязкость смазки температуры и давления, не учитываются упругие деформации заготовки и инструмента под действием гидродинамического давления смазки.
Рассмотрим работу Дж.А. Валовита и В.Р. Уилсона [95]. Методика расчета гидродинамического давления и толщины слоя смазки на входе в очаг деформации при волочении, примененная в этой работе, подобна уже рассмотренным методикам работ Дж.Х. Таттерсола и И.Н. Недовизия.
В работе [95] материал заготовки из камеры, где давление смазки равно q (рис.3), проходит через матрицу в камеру с давлением г. Дополнительное напряжение s приложено к заготовке, а напряжение волочения v к выходящему изделию.
Анализ гидродинамического эффекта смазки при волочении в рассмотренных работах выполняется также как и в подшипниках скольжения — расчеты ведут так, как если бы был предварительный зазор t между волокой и проволокой. Толщина слоя смазки t определяется не на входе в очаг деформации (сечение 1-1 рис. 1.), а на некотором расстоянии (d-b) от него (сечение 2-2 рис.1) из условия достижения давлением в смазке предела текучести материала деформируемой заготовки.
Это вызвано тем, что определить по формулам (1), (10), (14) давление на входе в очаг деформации нельзя, так как оно стремиться к бесконечности при стремлении к нулю зазора между инструментом и заготовкой h (формулы (3), (И), (15)).
Найденная подобным образом толщина слоя смазки t значительно отличается от экспериментальных данных. Дж.Х. Таттерсолом [109] было выполнено сопоставление произведенных им расчетов с экспериментальными данными Д.Г. Кристоферсона и X. Найлора. Сопоставление приведено в табл. 1. Из таблицы видно, что погрешность теоретических расчетов может достигать 3 00 V710%.
Расчет деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении по формулам теории упругости
Гидродинамические давления, возникающие в смазке при волочении, приводят к упругой деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки, эти деформации в свою очередь влияют на величину развиваемого гидродинамического давления.
В зоне с постоянным зазором между напорной трубкой и проволокой (зона 1 рис. 13) упругие деформации контактных поверхностей на расчет процесса волочения значительного влияния оказывать не будут, поскольку величина этих упругих деформаций много меньше зазора ho между напорной трубкой и проволокой.
В предочаговой зоне с переменным зазором (зона 2 рис. 13) величины упругих деформаций контактных поверхностей инструмента Wj и заготовки W2 под действием гидродинамических давлений, возникающих в смазке, можно найти по соответствующим формулам теории упругости следующим образом: 1. Если инструмент принять за упругое полупространство, то деформацию контактной поверхности инструмента под действием приложенной нагрузки р в данном сечении с координатой х можно найти из следующего выражения [102]: W{= 4(1 к j pln -x\ds. (59) 2. Если заготовку принять за упругую полосу, лежащую на абсолютно жестком основании и нагруженную нагрузкой р, то деформация контактной поверхности заготовки в данном сечении с координатой х определяется следующим выражением [36]:
Для расчета упругих деформаций контактных поверхностей инструмента и заготовки по формулам (59), (60) используется следующая методика.
Разбиваем зону 2 длиной 12 на N равных участков (на такое же количество участков, что и при вычислении распределения гидродинамических давлений в этой зоне). На каждом участке определяем деформации контактных поверхностей инструмента Wj,- и заготовки W2j. Длина каждого участка равна А2 = Ь/N. Участки нумеруем і от 1 до N.
Поскольку определенный интеграл от 0 до Ь, то разбиваем длину 12 на N равных отрезков и на каждом отрезке вычисляем F(p,e). Длина каждого отрезка будет равна z = Ь /N. Отрезки нумеруем j от 1 до N. Каждому из отрезков соответствует свое значение гидродинамического давления pj и координата 8j, которая в зависимости от номера отрезка изменяется от 0 до (b-z) с шагом z: Ej=(j-l) z. (64) Согласно методу на первом отрезке вычисления: j = 1, тогда из (64): Бі= (1-1) z =0, F(si,pi)= pi In I Єї - X; . На втором отрезке: j = 2, г2 = z, F(82,P2) = P2 In г2 - Xj . На третьем отрезке: j = 3, Єз=2 г, Р(єз,рз) = рз In є3 — ХІ . При некотором значении j = k, Sj примет значение, равное х,. При этом значении Sk функция F(p,s) терпит разрыв. Поэтому k-й участок из расчетов опускаем. После расчета F(pk-i,k-i) сразу рассчитывается значение F(pk+j,Sk+i), затем F(pk+2,8k+2) и т.д. до F(pN,sN).
Деформации контактных поверхностей волоки Wi и проволоки W2 в предочаговой зоне длиной Ь под действием гидродинамического давления смазки при волочении стальной проволоки Таблица 4 Результаты расчета деформаций контактных поверхностей волоки и проволоки в предочаговой зоне по формулам теории упругости при волочении медной проволоки
Деформаций контактных поверхностей волоки Wi и проволоки W2 в предочаговой зоне длиной Ь под действием гидродинамического давления смазки при волочении медной проволоки Таблица 5 Результаты расчета деформаций контаїсгньїх поверхностей волоки и проволоки в предочаговой зоне по формулам теории упругости при волочении алюминиевой проволоки
Деформаций контактных поверхностей волоки Wi и проволоки W2 в предочаговой зоне длиной Ь под действием гидродинамического давления смазки при волочении алюминиевой проволоки Аналитические методы расчета деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки с использованием формул теории упругости используют схематизацию контактирующих тел, связанную с принятием следующих допущений: инструмент - упругое полупространство, заготовка -упругая полоса, лежащая на абсолютно жестком основании, что не соответствует реальным условиям. Поэтому в следующем параграфе величины деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки будут определены методом граничных элементов, который лишен этого недостатка. 2.3. Расчет деформации контактных поверхностей инструмента и заготовки при волочении методом граничных элементов
Расчет упругих деформаций контактных поверхностей инструмента и заготовки под действием гидродинамических давлений, возникающих в смазочном слое при волочении, целесообразно произвести также с помощью одного из методов численного решения задач механики сплошных сред. Это может быть либо метод граничных элементов, либо метод конечных элементов.
Метод конечных элементов требует, чтобы вся рассматриваемая область была разбита на сетку элементов. При этом цель состоит в отыскании решения задачи в узлах сетки, решение же между узлами выражается в простой приближенной форме через значения в узлах. Связывая эти приближенные выражения с исходными дифференциальными уравнениями в частных производных, приходят к системе линейных алгебраических уравнений, в которых неизвестные параметры - узловые значения в рассматриваемой области - выражаются через известные величины в узлах сетки, находящихся на границе области. Получившаяся система уравнений содержит большое число неизвестных параметров, и, следовательно, большое число линейных уравнений.
В методах граничных элементов на элементы разбивается только граница рассматриваемой области. Численное решение строится на основе полученных предварительно аналитических решений для простых сингулярных задач таким образом, чтобы удовлетворить приближенно заданным граничным условиям на каждом элементе границы. Поскольку каждое сингулярное решение удовлетворяет в рассматриваемой области определяющим дифференциальным уравнениям в частных производных, в этом случае нет необходимости делить саму рассматриваемую область на сетку элементов.
Установка для экспериментального исследования зависимости вязкости смазок от давления и температуры
Общий вид капиллярного вискозиметра, позволяющего измерять вязкость ньютоновских жидкостей [5, 94] при высоких давлениях и различных температурах, представлен на рис.34. Вискозиметр жестко крепится на рабочий стол испытательной машины УИМ-50. Особенностью разработанного вискозиметра является то, что капилляр выполнен в виде кольцевого зазора между цилиндрическим отверстием в корпусе 1 вискозиметра и расположенным внутри этого отверстия стержнем 2. Схема течения жидкости по такому капилляру наилучшим образом соответствует схеме течения смазки при гидродинамическом волочении. Корпус вискозиметра выполнен в виде толстостенного цилиндра из стали 45ХНМФА и закален до твердости HRC 42.
Устройство снабжено узлом контроля и поддержания заданной температуры, состоящим из датчика температуры 3 - датчик температуры, входящий в состав вольтметра В7-27А/1, нагревательного элемента — спирали 4, навитой на обойму 5, теплоизоляционного кожуха 6. Спираль подключается к сети переменного тока. Для предотвращения замыкания спирали, корпус изолирован шнуровым асбестом 7.
Вискозиметр имеет систему циркуляции жидкости, состоящую из обратного клапана 8, ввернутого и уплотненного в корпусе 1, сливной 9 и нагнетающей 10 трубок, концы которых опущены в бак с исследуемой жидкостью. Циркуляционная система позволяет использовать одну и ту же жидкость для всей серии экспериментов при различных температурах и давлениях. Выходное отверстие В капилляра укомплектовано запорным механизмом, состоящим из запорного органа - шарика 11, толкателя 12, рычага 13 и грузов 14. Сжатие смазки производится при помощи плунжера 15, выполненного из стали 45ХНМФА и закаленного до твердости HRC 54. Плунжер крепится через опорные плиты к ползуну испытательной машины УИМ-50. Болты 16 крепят нижнюю плиту 17. Кроме того, для усиления конструкции, нижняя плита 17 и корпус вискозиметра 1 стянуты снаружи тремя шпильками (на рис. 34 они не показаны). Обратный клапан служит для предотвращения утечки жидкости из рабочей полости вискозиметра А во время рабочего хода плунжера вниз, а также для заполнения ее смазкой при ходе плунжера вверх. Схема установки и устройство обратного клапана показаны на рис. 35. Обратный клапан 1 вворачивается в корпус вискозиметра 2. Уплотнение из стальной шайбы 3, резинового кольца 4 и медной прокладки 5 обеспечивает надежную герметизацию. Усилие нажима пружины 6 на запорный шарик 7 регулируется винтом 8 так, чтобы при ходе плунжера вверх шарик 7 открывал канал обратного клапана, и жидкость из бака через нагнетающую трубку 9 поступала в рабочую полость вискозиметра.
Схема установки запорного механизма вискозиметра показана на рис.36. Втулка-держатель 1 вворачивается в корпус вискозиметра 2. Уплотнение из стальной шайбы 3, резинового кольца 4 и медной прокладки 5 обеспечивает надежную герметизацию. Во втулку-держатель ввернута сливная трубка 6, конец которой опущен в бак с исследуемой жидкостью. Сливное отверстие закрывает шарик 7. Точной подгонкой толкателя 8 и отверстия в направляющей 9, ввернутой во втулку-держатель, исключается прорыв смазки наружу. В отверстия двух опор 10 вставлена ось 11 рычага 12, который под весом грузов действует на толкатель 8.
На рис. 42 показана конструкция уплотнения подвижного плунжера 1 в отверстии корпуса 2. Уплотнение состоит из медной прокладки 3, резинового кольца 4, стальной шайбы 5, нажимной крышки 6 и винта 7. Винт 7 удерживает уплотнение на плунжере при обратном ходе. При ходе плунжера 1 вниз давление жидкости в полости А действует на поверхность нажимной крышки 6, в результате чего крышка смещается вверх относительно плунжера и расплющивает резиновое кольцо 4 - происходит самоуплотнение, что обеспечивает надежную герметизацию. Однако замену резинового уплотнения необходимо производить уже после 5-6 ходов плунжера.
Определение вязкости ньютоновской жидкости при различной температуре и давлении производится на капиллярном вискозиметре рис.34. В ходе отладки и опробования установки были выработаны следующие правила и приемы работ.
Перед началом первых экспериментов, а также перед сменой смазки рабочие детали вискозиметра тщательно промываются керосином, а затем ацетоном и просушиваются на воздухе. На стержень 2 (рис. 34) наносится равномерный слой смазочной среды, и он вместе с уплотнениями устанавливается в корпус вискозиметра. После чего производится равномерная затяжка болтов 16. Обратный клапан в сборе и втулка-держатель запорного механизма, обернутые лентой-герметиком, с уплотнениями вворачиваются в корпус с помощью гаечного ключа.
Смазка заливается сверху в отверстие для плунжера, а для вытеснения воздуха из системы производится одновременный слив смазки через сливную трубку. Концы сливной 9 (рис. 34) и нагнетающей 10 трубок опускают в бак с исследуемой жидкостью.
Методика проведения экспериментов по исследованию процесса волочения в режиме жидкостного трения
Эксперименты по исследованию условий создания жидкостного трения при волочении производятся на установке, схематично изображенной на рис. 48. В ходе отладки и опробования установки были выработаны следующие правила и приемы работ.
Перед началом первых экспериментов, а также перед сменой смазки рабочие детали сборной волоки с устройством принудительной подачи смазки тщательно промываются керосином, а затем ацетоном и просушиваются на воздухе. Волоки с уплотнениями устанавливается в корпус, после чего производится равномерная затяжка болтов 9 (рис.49). Перед проведением эксперимента конец проволоки предварительно обрабатывается до диаметра, равного диаметру отверстия рабочей волоки 1, после чего проволока продергивается через сборную волоку и закрепляется в захвате 6, соединенном при помощи троса 7 с тянущим барабаном 3. Смазка заливается в сборную волоку сверху в отверстие для плунжера. Включают испытательную машину, и плунжер начинает сжимать смазку в полости А (рис.49). Давление смазки доводят до необходимого, предварительно рассчитанного значения р0. Далее в течении всего эксперимента давление смазки поддерживают равным ро- Контроль за усилием на ползуне испытательной машины, а значит, и давлением в полости А осуществляется с помощью индикатора на испытательной машине.
После того как давление смазки в полости между рабочей и уплотняющей волоками достигло необходимого значения, включают электродвигатель 4 (рис.48). Через редуктор 5 вращение передается тянущему барабану 3, и начинается процесс волочения. При волочении давление смазки всегда поддерживается постоянным, равным ро 149
Засекают начальные показания индикатора хода плунжера с помощью микрометра часового типа, и в этот момент включают электронный секундомер. Достаточная точность эксперимента обеспечивается, когда ход плунжера в сборной волоке составляет порядка 1,3-И ,8 мм.
В момент выключения секундомера снова засекаются показания микрометра, тем самым определяется ход плунжера, совершенный за время, засеченное секундомером: Это необходимо для того, чтобы определить объем израсходованной смазки и длину протянутой проволоки.
После выключения секундомера электродвигатель отключается, и волочение прекращается. Затем выключают испытательную машину.
При необходимости долить в полость А (рис.49) смазку плунжер 4 вынимают из корпуса сборной волоки 5. После того как смазка будет долита, оборудование готово к следующему эксперименту.
Эксперименты по волочению проволоки проводятся с двумя различными скоростями волочения V. Скорость волочения меняется за счет использования тянущих барабанов разного диаметра. Начальное давление смазки изменяется с помощью испытательной машины УИМ-50.
По окончании экспериментов составляется таблица значений: величины хода плунжера Н, времени волочения t, скорости волочения V, начального давления смазки ро- По этим данным далее определяется толщина слоя смазки на проволоке после волочения, и соответственно устанавливается, какой режим трения был при волочении.
Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с применением методов математической статистики [57, 59, 60]. За результат измерения толщины смазки принималось среднее арифметическое по данным пяти опытов, из которых были исключены грубые погрешности. При исследовании точности вначале на основании данных большой выборки (п=50) определялся закон распределения погрешности, затем поле рассеяния. Для определения толщины слоя смазки на проволоке после волочения необходимо рассчитать количество израсходованной в ходе эксперимента смазки, а также площадь поверхности протянутой проволоки.
По методике, описанной в п. 4.2, был выполнен ряд экспериментов по определению толщины слоя смазки на проволоке после волочения. Эксперименты проводились на стальной и алюминиевой проволоке.
Используемая в экспериментах алюминиевая проволока соответствует ТУ 16.К71-088-90. В результате произведенных замеров было установлено, что реальный начальный диаметр проволоки составляет 3,55 мм.
При волочении алюминиевой проволоки обжатие в уплотнительной волоке составляло 3% до диаметра 3,50 мм. С алюминиевой проволокой было проведено четыре серии экспериментов. Волочение производилось до диаметров 3,40 и 3,30 мм со скоростями 0,72 и 0,90 м/с.
Предел текучести алюминиевой проволоки составляет 120МПа. Используемая в экспериментах стальная проволока марки 2пс соответствует ГОСТ 3282-74. Номинальный диаметр проволоки 2 мм. В результате произведенных замеров было установлено, что реальный начальный диаметр проволоки составляет 1,98 мм. При волочении стальной проволоки обжатие в уплотнительной волоке составляло 4% до диаметра 1,94 мм. Со стальной проволокой было проведено четыре серии экспериментов. Волочение производилось до диаметров 1,85 и 1,78 мм со скоростями 0,72 и 0,90 м/с.
