Анизотропия шероховатости поверхности и анизотропное трение при пластическом деформировании

Николай Сергеевич Сивцев; Валерий Васильевич Тарасов; Наталья Юрьевна Михайлова

doi:10.22213/2413-1172-2023-3-4-15

Авторы

Н. С. Сивцев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
В. В. Тарасов УдмФИЦ УрО РАН
Н. Ю. Михайлова ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2023-3-4-15

Ключевые слова:

пластическое деформирование, механика, модель, трение, шероховатость, анизотропия

Аннотация

Изотропность трения, обычно предполагаемая при рассмотрении вопросов классической механики тел и решении инженерных задач, по существу является частным случаем анизотропного трения, доминирующего в природе. Объясняется это объективно существующим различием свойств самоорганизующейся среды фрикционного взаимодействия тел в различных направлениях. В числе этих свойств - анизотропия физико-механических характеристик материала и его износа, кинематики скольжения в паре трения, структуры приповерхностного слоя. Не менее важным свойством среды, генерирующим анизотропное трение, является анизотропия шероховатости контактирующих поверхностей. Изучению анизотропного трения посвящено большое количество работ. В них исследуются фрикционные характеристики конкретных материалов и пар трения, износостойкость поверхностей, модели динамики тел по шероховатой поверхности. Наиболее часто эти работы носят экспериментальный характер. В настоящей статье на феноменологическом уровне рассматривается влияние анизотропии шероховатости на анизотропное трение в процессах пластического деформирования металлов. Предложена детерминированная модель анизотропного (ортотропного) трения, позволяющая определять величину силы трения и направление скольжения деформируемого металла на контактной поверхности по отношению к вектору внешней сдвигающей силы в зависимости от количественных и качественных параметров шероховатости поверхности инструмента. Шероховатость контактирующих поверхностей в паре трения заготовка - инструмент аппроксимируется набором упорядоченных клиновидных выступов. Контактное взаимодействие рассматривается как процесс деформирования клиновидных выступов заготовки абсолютно жесткими клиновидными выступами инструмента. В процессе пластического деформирования происходит асимптотическое приближение шероховатости поверхности заготовки к шероховатости поверхности инструмента с полным заполнением пластической волной металла заготовки впадин неровностей инструмента.

Биографии авторов

Н. С. Сивцев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры конструкторско-технологической подготовки машиностроительных производств

В. В. Тарасов, УдмФИЦ УрО РАН

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

Н. Ю. Михайлова, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

начальник отдела информатизации образовательных процессов управления информатизации

Библиографические ссылки

Tapia F., Le Tourneau D., Géminard J-C. (2016) Anisotropic friction: assessment off orcecomponents and resulting trajectories. EPJ Techniques and Instrumentation, 2016, vol. 3(1). DOI: 10.1140/epjti/s40485-016-0029-y

Pavlov V.V. (2005) [Theoretical foundations of the interaction of tracks with the ground when turning the machine]. Bulletin of the Moscow Automobile and Road Institute (State Technical University), 2005, no. 5, pp. 38-45 (in Russ.).

Павлов В. В. Теоретические основы взаимодействия гусениц с грунтом при повороте машины // Вестник Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета). 2005. № 5. С. 38-45.

Тарасов В. В. Анизотропия трения. Ижевск : Институт прикладной механики, 1998. 54 с.

Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М. : Машиностроение, 2000. 320 с.

Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т. 4-е изд., перераб. и доп. Т. 1 /под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. М. : Машиностроение, 1986. 656 с.

Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, У. Джонсон, В. Л. Колмогоров [и др.] ; под ред. Е. П. Унксова, А. Г. Овчинникова. М. : Машиностроение, 1983. 598 с.

Покрас И. Б. Анализ контактного взаимодействия инструмента с заготовкой в процессах обработки металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство. 1987. № 4. С. 6-9.

Сегал В. М. Технологические задачи теории пластичности (методы исследования). Минск: Наука и техника, 1977. 256 с.

Тарасов В. В., Сивцев Н. С. Моделирование трения в технологических процессах обработки металлов. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 2006. 166 с.

Cheng N., Ishigami G., Hawthorne S. (2010) Design and analysis of a soft mobile robot composed of multiple thermally activated joints driven by a single actuator. In 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2010. May 3-8, 2010, Anchorage, Alaska, USA, pp. 5207-5212. DOI: 10.1109/robot.2010.5509247

Bafekrpour E., Dyskin A., Pasternak E. (2015) Internally architectured materials with directionally asymmetric friction. Scientific Reports, 2015, vol. 5, pp. 1-14. DOI: 10.1038/srep10732

Трояновская И. П., Жаков А. О. Модель неуправляемого сдвига на примере строительно-дорожной техники // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 6 (82). С. 678-687. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-6-678-687

Носков Н. К., Трояновская И. П., Титов С. А. Математическая модель силового взаимодействия колеса с грунтом при повороте машины // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2017. Т. 17, № 3. С. 5-15. DOI: 10.14529/engin17030

Опейко Ф. А. Математическая теория трения. Минск : Академия сельскохозйственных наук БССР, 1971. 149 с.

Северденко В. П. Теория обработки металлов давлением. Минск : Высшая школа, 1966. 223 с.

Костюк Е. В., Шевчук Н. А., Денисова М. В. Компьютерное моделирование процесса глубокой вытяжки оболочек из анизотропных материалов // Globus: Технические науки. 2022. Т. 8, № 2 (43). С. 14-24.

Ларин С. Н., Булычев В. А. Научно обоснованная технология обратного выдавливания изделий из анизотропных трубных заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 10 (100) С. 12-18. DOI: https://doi.org/10.30987/article_5d6518cd53cfc8.73541778

Грязев М. В., Ларин С. Н., Пасынков А. А. Оценка влияния анизотропии материала на силу вытяжки с прижимом через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 2. С. 244-248.

Дмитриев Н. Н. О движении осесимметричного твердого тела, опирающегося на горизонтальную площадку, в условиях ортотропного динамически согласованного трения // Прикладная математика и механика. 2022. Т 86, № 5. С. 666-684. DOI: 10.31857/S0032823522050083

Дмитриев Н. Н., Хан Х. Скольжение узкой прямоугольной пластины по горизонтальной плоскости с ассиметричным ортотропным трением при равномерном распрелелении давления // Прикладная математика и механика. 2020. Т. 84, № 6. С. 790-802. DOI: 10.31857/S0032823520060041

Плоскопараллельное движение робота-змеи при наличии анизотропного сухого трения и единственного управляющего сигнала / М. З. Досаев, Л. А. Климина, В. А. Самсонов, Ю. Д. Селютский // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2022. № 5. С. 152-161. DOI: 10.31857/S0002338822050067

Комбалов В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ. M. : Наука, 1974. 112 с.

Маталин А. А. Технология механической обработки. Л. : Машиностроение (Ленингр. отд-е), 1977. 464 с.