Introducere

Frecarea în formarea metalului în vrac este definită ca forța rezistentă împotriva mișcării relative a matriței și a piesei de prelucrat. Acest lucru poate afecta fluxul de metal, calitatea suprafeței și solicitările asupra matrițelor. În majoritatea cazurilor, frecarea este nedorită, cu excepția unor cazuri rare, cum ar fi laminarea, care nu ar putea continua fără frecare.

Caracteristicile condiției de frecare în formarea metalului în vrac sunt următoarele:

• Alunecare sub presiune ridicată, mai mare decât solicitarea de curgere a piesei de prelucrat
• Deformare plastică a piesei de prelucrat
• Dilatarea suprafeței piesei de prelucrat
• Temperatura ridicată a piesei de prelucrat (formare la cald)

Deși au existat o mulțime de rapoarte pe tema frecării în procesele de formare a metalelor, mecanismul acestuia nu este încă pe deplin înțeles. Este de preferat să se reducă frecarea în deformarea metalului în vrac prin utilizarea unor tipuri adecvate de lubrifianți pentru a reduce rezistența la frecare între matriță și piesa de prelucrat și pentru a prezenta uzura precum și tocirea pe scule.

Pe baza formei de contact dintre sculă și piesa de prelucrat, diferitele condiții de frecare și lubrifiere pot fi rezumate ca în Tabelul 11.

Coeficientul de frecare relativ al diferitelor regimuri de frecare este prezentat tipic în Fig. 30. Această așa-numită curbă Stribeck este utilă pentru determinarea lubrifiantului optim pe baza parametrilor procesului.

Diverse tipuri de regimuri de frecare la interfață au fost prezentate schematic în Fig. 31. Lubrifianții limită au efecte semnificative în special în procesele de formare la microscală, deoarece pot prinde lubrifianții în această scală și pot reduce sarcina de formare.

Selectarea lubrifiantului

Alegerea tipului de lubrifiant depinde de mulți factori, deci este empirică, cu foarte puține informații bazate pe analize. De exemplu, alegerea lubrifiantului în forjarea la rece depinde de parametrii procesului, cum ar fi presiunea normală și expansiunea suprafeței. În acest sens, îngroșarea specimenelor mici nu necesită aceeași eficiență a lubrifiantului ca extrudarea inversă convențională. Reducerea procesului de formare în vrac la microscală aduce uneori la lumină efectul mărimii asupra comportamentului de frecare, ceea ce face chestiunea mai complicată.

Există multe tipuri de lubrifianți utilizați în industrie. Cele mai comune tipuri pot fi clasificate după cum sunt enumerate în Tabelul 12.

Selectarea proastă sau aplicarea proastă a tipului de lubrifiant poate cauza contact direct parțial cu presiune ridicată între unealtă și piesa de prelucrat (Fig. 32). Aceasta apare ca aderență la microscară care duce la uzură sau gripare sau zgârieturi pe suprafața piesei finale.

Aplicarea lubrifianților

Cele mai frecvent utilizate metode de aplicare a lubrifianților pot fi rezumate în Tabelul 13.

Considerații post-formarea metalelor în alegerea lubrifianților

Odată cu creșterea cererii din partea industriilor, este vital să se protejeze mediul împotriva lubrifianților chimici poluanți în timpul sau după formarea metalului. Pentru a face acest lucru, au fost propuse unele proceduri de utilizare a lubrifianților biodegradabili în special pentru țările din zona Euro. Ca alternativă, tehnologiile de reutilizare a lubrifianților reziduali s-au dezvoltat.

În plus, lubrifianții rămași pe suprafața piesei pot afecta procesele ulterioare, cum ar fi sudarea și vopsirea. Astfel, lubrifianții trebuie să fie ușor de îndepărtat din piesele formate după proces, fără efecte periculoase pentru mediu.

Metode de evaluare a lubrifianților

Pentru a avea o selecție optimă a lubrifianților, este esențial să se evalueze lubrifianții. Există multe metode care au fost propuse pentru evaluarea lubrifianților. Aceste metode au fost concepute pe baza naturii procesului de formare (de exemplu, testul de compresie a inelului este cel mai bun pentru evaluarea procesului de forjare perturbat, deoarece ambele metode implică solicitări de compresie asupra piesei de prelucrat, în timp ce pentru condiții mai severe de deformare în extrudare, testul de extrudare înapoi cu două cupe este o alegere potrivită). Aici sunt prezentate doar două dintre cele mai comune teste.

În general, pentru evaluarea frecării în formarea metalului la cald, se recomandă să se ia în considerare efectul de răcire a matriței, timpul de contact și viteza de formare.

În testul de compresiea a inelului, o probă în formă de inel plat este comprimată până la o reducere definită. Modificarea diametrelor intern și extern ale inelului depinde în mod semnificativ de frecarea la interfață. Astfel, modificarea factorului de frecare ar modifica comportamentul dimensiunii razei interne în timpul testului de compresie.

Pentru a obține valoarea de frecare pentru un lubrifiant specificat, modificarea diametrului intern al pinului în experiment este comparată cu cea obținută din simularea cu elemente finite (adică, simularea FE a testului de compresie a inelului în dimensiuni similare folosind diferiți factori de frecare). Un exemplu tipic este reprezentat grafic în Fig. 33.

Rezultatul ar putea fi considerat universal, deoarece modificările proprietăților materialului (adică, întărirea prin deformare) nu au un efect semnificativ asupra rezultatului.

Pentru condiții de deformare mai severe (de exemplu, extrudare), testul de extrudare înapoi cu cupă-dublă poate oferi o evaluare mai exactă a comportamentului lubrifiantului. După cum se arată în Fig. 34, acest test constă dintr-un proces de extrudare înainte și înapoi. Raportul înălțimilor cupei (H1/H2) este foarte sensibil la comportamentul de frecare. Odată cu creșterea frecării, raportul înălțimilor cupei crește. Din nou aici, simularea FE ajută la găsirea valorii exacte a coeficientului de frecare.

Este important să rețineți că poansonul superior se mișcă în timp ce poansonul inferior este staționar în timpul testului. Aceasta conduce la o viteză relativă între poansonul superior și container, în timp ce nu există o mișcare relativă între container și poansonul inferior. În consecință, comportamentul fluxului de material este diferit în porțiunile superioară și inferioară, ceea ce explică motivul din spatele diferenței dintre înălțimile cupei superioară și inferioară. Acest test este relativ mai dependent de proprietățile materialului.

După cum s-a menționat, mulți factori pot afecta valoarea factorului de frecare. Astfel, este important să cunoaștem regiunea în care a fost făcut testul de frecare.