MATERIAŁY MODELOWE

Temat: Jakościowe metody oceny tarcia w procesach realizowanych przy użyciu materiałów modelowych

Autorzy:

1. Wstęp

Tarcie jest zjawiskiem fizycznym powszechnie występującym w przyrodzie i mającym istotny wpływ na charakter pracy układów mechanicznych. Tarcie jest siłą, która  przeciwstawia się ruchowi obiektów. Inaczej mówiąc siła ta jest zawsze skierowana przeciwnie do prędkości.

Tarcie musi być uwzględniane przy projektowaniu oraz użytkowaniu maszyn i urządzeń. Współcześnie badaniem tarcia zajmuje się nauka zwana tribologią (od greckiego tribos –pocierać, logos – słowo, myśl, wiedza).

Tarcie, ze względu na swój charakter, możemy podzielić na tarcie zewnętrzne, wewnętrzne oraz tarcie konstrukcyjne. Tarcie zewnętrzne, ze względu na wzajemne przemieszczanie się kontaktujących się elementów, dzielimy na statyczne i kinematyczne.

W wyniku tarcia wewnętrznego następuje rozproszenie energii mechanicznej, które jest związane z wewnętrzną budową ciała. Tarcie konstrukcyjne obejmuje rozproszenie energii zachodzące na powierzchni styku elementów połączonych w sposób nieruchomy.

Tarcie zewnętrzne występuje przy powierzchniowym styku dwóch ciał. W zależności od prędkości względnych stykających się ciał dzieli się ono na tarcie statyczne i tarcie

kinematyczne. Tarcie kinematyczne zachodzi wówczas, gdy dwa stykające się ze sobą ciała pozostają w ruchu względnym. Tarcie ślizgowe jest odmianą tarcia kinematycznego i występuje wówczas, gdy prędkości obu ciał w punktach ich wzajemnego styku są różne. Tarcie suche występuje na słabo smarowanych lub niesmarowanych powierzchniach stykających i przemieszczających się ciał.

Mimo intensywnych od wielu lat badań, nauka o tarciu opiera się na szeregu hipotez obejmujących jedynie poszczególne oddziaływania zachodzące pomiędzy współpracującymi ciałami. Wynika to ze złożoności tego zagadnienia, ponieważ w systemie tribologicznym występują równoczesne różnorodne oddziaływania, zarówno mechaniczne jak i fizyczne, a także chemiczne, związane z budową warstwy wierzchniej elementów biorących udział w procesie tarcia. Większość powstałych teorii dotyczących tego zjawiska została opracowana dla metali.

W procesach obróbki plastycznej tarcie odgrywa istotną rolę wpływa bowiem na przebieg procesu płynięcia metalu w kotnie odkształceń, decyduje o wypełnieniu wykrojów w procesach walcowania i kucia, wpływa na rozkład temperatury oraz wielkości odkształcenia kształtowanego metalu, na jakość powierzchni gotowego wyrobu, na powstawanie defektów wewnętrznych i powierzchniowych wyrobu, a także na stopień zużycia narzędzi.

1. Materiały modelowe

Wychodząc naprzeciw metodą wytwarzania w obróbce plastycznej mającej na celu wytworzenie wyrobu metalowego o określonym kształcie i wymiarach wymagane jest dobranie odpowiedniego procesu technologicznego. Największe zastosowanie praktyczne w modelowaniu podczas procesów przeróbki plastycznej znalazły materiały modelowe w postaci różnego rodzaju plastelin, mieszanin plastelin z kaolinem, żywicami, wazeliną i lanoliną, a także różnego rodzaju polimerami, zwłaszcza woski naturalne i syntetyczne oraz ich mieszaniny. W ramach grup materiałów utworzonych na bazie naturalnych i sztucznych wosków wyodrębnić możemy materiały modelowe twarde, które odkształcają się w podwyższonych temperaturach oraz miękkie bazujące głównie na wosku „Filia”, które odkształcają się w temperaturze pokojowej.

Jeśli chodzi o jakościowe metody oceny tarcia przy użyciu materiałów modelowych należy zwrócić uwagę na zjawiska zachodzące na styku materiału odkształcanego z narzędziem. W szczególności należy zwrócić uwagę na określenie właściwości smarowania szczególnie podczas wyciskania i kucia.

Do jakościowych metod oceny tarcia w materiałach modelowych należą:

- Cigar test (test „Cygara”)

- Ring test (próba ściskania pierścienia)

- Próba wyciskania przeciwbieżnego z zastosowaniem stempla obrotowego

- Spęczanie próbki walcowej pomiędzy płaskimi płytami

3. Podsumowanie

Z dużej liczby sposobów oceny wartości tarcia pomiędzy kształtowanym metalem a narzędziem, jedynie niewiele z nich może mieć zastosowanie dla oceny tarcia pomiędzy niemetalicznym materiałem modelowym a narzędziem. Wynika to z faktu, ze materiały te charakteryzują się bardzo wysoką plastycznością, a w temperaturach kształtowania oraz wymagają niewielkich sił potrzebnych do ich pełnego odkształcenia plastycznego. Modelowanie tarcia w układach mechanicznych jest złożonym procesem. Powszechność występowania tarcia i jego duży wpływ na zachowanie się układów mechanicznych wymuszają uwzględnianie go przy modelowaniu pracy tych układów.

Podsumowując zestaw sposobów oceny wielkości tarcia w materiałach modelowych można stwierdzić, że wszystkie propozycje dotyczą takich procesów, w których dominują naprężenia ściskające.

4. Bibliografia

1. Kwaśniewski B., Zimpel J., Zielniewicz T.; Obróbka plastyczna metali. 1994 Poznań, Tom V, nr 5, s. 5-20

2. Kwaśniewski B., Zimpel J., Zielniewicz T.; Obróbka plastyczna metali. 2000 Poznań, Tom XI, nr 1, s. 21-29

3. Świątkowski K., Ocena możliwości wykorzystania niemetalicznych materiałów modelowych w procesach obróbki plastycznej. Rudy i metale nieżelazne., 1999 Kraków, R 44, nr 4, s.167-171

4. Otremba Z.; 2007 Gdynia, Fizyka na starcie, podręcznik dla rozpoczynających studia na kierunkach technicznych. Wyd. Akademia Morska w Gdyni