【正文】 度因子 控制斷裂的三個(gè)主要因素： 1）裂紋尺寸和形狀； 2)作用應(yīng)力； 3)材料的斷裂韌性。在上述三種裂紋變形方式中，張開型裂紋最常見也最危險(xiǎn)。 45 模具失效形式及機(jī)理 裂紋 自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度 2ac修正為： （平面應(yīng)力）242 ?? EPa C ? （平面應(yīng)變）22 )1( 4 ??? ?? EPa C 則考慮裂紋尖端塑性變形后，裂紋 自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力 σ c修正為： （平面應(yīng)力）aEPC ??2? （平面應(yīng)變）)1(22?? ?? aEPC（一）葛里菲斯理論 46 模具失效形式及機(jī)理 當(dāng)有 2a長的 裂紋出現(xiàn)后，彈性體釋放的能量為 ： 葛里菲斯理論指出，裂紋 擴(kuò)展的過程是能量轉(zhuǎn)換過程。 0)( ??????? UWaaF （平面應(yīng)力）0242?? EaT ??利用能量求極值可得臨界條件為： （平面應(yīng)變）0)1(2422??? EaT ???即： 42 模具失效形式及機(jī)理 （一）葛里菲斯理論 因此，裂紋 自發(fā)擴(kuò)展的臨界應(yīng)力 σ c為： （平面應(yīng)力）aETC ??2? （平面應(yīng)變）)1(22?? ?? aETC43 模具失效形式及機(jī)理 （一）葛里菲斯理論 因此，裂紋 自發(fā)擴(kuò)展的臨界裂紋長度 2ac為： （平面應(yīng)力）242 ??ETa C ? （平面應(yīng)變）22 )1( 4 ??? ?? ETa C44 模具失效形式及機(jī)理 （一）葛里菲斯理論 葛里菲斯理論只能應(yīng)用于完全脆性材料。 平面應(yīng)力）(22EaU ???（平面應(yīng)變）EaU )1(222 ??? ??U— 裂紋釋放的能量； E， μ—材料的彈性模量和泊松比。 38 模具失效形式及機(jī)理 （一）葛里菲斯理論 模型： 單位厚度薄板，受單向均勻拉應(yīng)力 σ ，兩端固定，構(gòu)成能量封閉系統(tǒng)。 如；模具表面發(fā)生粘著磨損后，形成的磨粒會(huì)引發(fā)磨粒磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，又會(huì)促進(jìn)粘著磨損； 模具表面疲勞磨損后，形成的磨粒同樣會(huì)引發(fā)磨粒磨損；而磨粒磨損造成模具表面更加粗糙，也會(huì)促進(jìn)粘著磨損、疲勞磨損。 模具失效形式及機(jī)理 34 六、腐蝕磨損 （三）特殊介質(zhì)腐蝕磨損 在腐蝕環(huán)境中，金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物。 一般情況下氧化膜能使金屬表面免于粘著，氧化磨損一般要比粘著磨損緩慢，因而可以說氧化磨損能起到保護(hù)摩擦副的作用。 模具常見的腐蝕磨損形式有： 氧化腐蝕磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損。典型工件如汽缸與活塞、船舶外殼、水力發(fā)電的水輪機(jī)葉片等。 工藝上，降低流體對(duì)模具表面的沖擊速度，避免渦流，消除產(chǎn)生氣蝕的條件，可有效減少氣蝕和沖蝕磨損。它們都可以看成疲勞磨損的派生形式。氣泡的形成和壓潰的反復(fù)作用，使零件表面疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。潤滑劑粘度越高越好，固體潤滑劑比液體潤滑劑好。 ② 硬度： 圖 38。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到表面時(shí)或與縱向裂紋相交時(shí)，形成磨損剝落。 模具失效形式及機(jī)理 21 四、疲勞磨損 疲勞磨損的定義： 工件與模具表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在循環(huán)應(yīng)力（機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力）的作用下，使模具表層金屬材料疲勞脫落的現(xiàn)象。 模具失效形式及機(jī)理 19 （三）影響粘著磨損的因素 ③ 材料硬度 模具材料硬度越大，磨損越小；反之，磨損越大。 18 （三）影響粘著磨損的因素 ② 材料性質(zhì) 脆性材料比塑性材料粘著傾向小。如銅與鋼摩擦?xí)r，剪切大多發(fā)生在銅表層內(nèi)，但鋼表面也殘留少量的小坑； 16 （二）粘著磨損的分類 模具失效形式及機(jī)理 膠合（ 咬死） ： 粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 模具和工件的強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。 接點(diǎn)的剪切損壞發(fā)生在離粘著面不遠(yuǎn)的較軟金屬的淺層內(nèi)，使較軟金屬粘附并涂抹在較硬金屬表面上。圖 36。 12 (一 )粘著磨損的機(jī)理 模具與工件表面的實(shí)際接觸面積只有名義上的 %，只有少數(shù)微觀凸起處接觸，壓力很大，引起塑性變形，加上表面因摩擦而溫度升高，局部金屬軟化或熔化，使表層的氧化膜破裂，使新鮮材料暴露，造成工件與模具材料純金屬接觸，分子間互相吸引、滲透、粘著，使這些突起處聯(lián)接起來。 7 二、磨粒磨損 (一 ) 磨粒磨損的機(jī)理 （圖 3圖 32） 模具失效形式及機(jī)理 磨料磨損時(shí)，作用在質(zhì)點(diǎn)上的力分為 垂直分力 和 水平分力 。 磨損的結(jié)果 :(1)模具尺寸發(fā)生變化 ； (2)模 具表面狀態(tài)發(fā)生變化，如粗糙度增加、產(chǎn)生劃痕等。如：鍛模失效主要因?yàn)槌叽绮环弦蠡蝈懩Ｆ屏?；塑料模具常常因表面光潔度不夠而失效? 非正常失效 (早期失效 )是指模具未達(dá)到一定的工業(yè)水平下公認(rèn)的壽命時(shí)就不能服役。模具的失效及使用壽命 1 第二章 模具壽命及其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響 模具失效的基本概念 模具服役： 模具安裝調(diào)試好后，正常生產(chǎn)合格產(chǎn)品的過程。 模具的失效分為 非正常失效 和 正常失效 。 3 模具失效形式及機(jī)理 模具因類型不同、生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，失效的形式也不同。 模具的磨損： 坯料與模具之間接觸，成型過程中產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成磨損。 第三章 模具失效形式及機(jī)理 主要特征是模具表面有明顯的劃痕或犁溝，磨損物為條狀或切屑狀。 模具失效形式及機(jī)理 要特征是磨損產(chǎn)物多為片狀或小顆粒。 模具失效形式及機(jī)理 13 （二）粘著磨損的分類 根據(jù)磨損程度，分為：輕微粘著磨損（ 氧化磨損 ）和嚴(yán)重粘著磨損（ 涂抹、擦傷、膠合 ）。 14 （二）粘著磨損的分類 模具失效形式及機(jī)理 涂抹： 粘結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度 介于 模具和工件的強(qiáng)度之間時(shí)發(fā)生。轉(zhuǎn)移到硬表面上的粘結(jié)物又擦削較軟表面。 17 模具失效形式及機(jī)理 載荷對(duì)碳鋼表面磨損量的影響 （三）影響粘著磨損的因素 ① 表面壓力 T1（ 接觸壓應(yīng)力小于材料硬度的 1/3），磨損主要是通過氧化碎屑的脫落而產(chǎn)生的，屬于輕微氧化磨損區(qū)； T1與 T2之間為嚴(yán)重磨損區(qū)，磨屑尺寸增大，加厚，且多為金屬屑； 當(dāng)載荷繼續(xù)增大超過 T2后，表面內(nèi)摩擦增大而溫度很高，可能發(fā)生相變，并形成白層，形成不易破碎的氧化膜，因而耐磨。 密排六方結(jié)構(gòu)的金屬材料粘著傾向小，面心立方點(diǎn)陣的金屬粘著傾向明顯大于其他點(diǎn)陣的金屬； 多相的金屬比單相的金屬粘著傾向小； 互溶性大的材料 (包括相同金屬或相同晶格類型的金屬 )所組成的摩擦副粘著傾向大；互溶性小的材料 (異種金屬或晶格結(jié)構(gòu)不相近的金屬 )組成的摩擦副粘著傾向小。 ③ 采用表面處理 通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧铮谆?，含氮的化合物，使摩擦系?shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。在某些組織不均勻處，由于應(yīng)力集中，形成裂紋源，并沿著切應(yīng)力方向或夾雜物走向發(fā)展。特別是脆性、帶棱角的非金屬夾雜物。 24 模具失效形式及機(jī)理 四、疲勞磨損 (三 ) 提高耐疲勞磨損的措施 ① 合理選擇潤滑劑 ② 潤滑劑可避免模具與工件表面直接接觸，并均化接觸應(yīng)力，緩沖沖擊。 模具失效形式及機(jī)理 26 五、氣蝕磨損和沖蝕磨損 （一）氣蝕磨損 產(chǎn)生機(jī)理： 模具與液體表面接觸作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液體與模具接觸處的局部壓力比液體蒸發(fā)壓力低的情況下，形成氣泡，同時(shí)溶解在液體中的氣體也可能析出形成氣泡，如果這些氣泡流到高壓區(qū)，當(dāng)承受壓力超過氣泡內(nèi)壓力時(shí)，氣泡就會(huì)破裂，在瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，作用于模具表面上。 模具失效形式及機(jī)理 28 五、氣蝕磨損和沖蝕磨損 （三）提高抗氣蝕磨損和沖蝕磨損的措施 氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。 若材料具有較好的抗疲勞性和抗腐蝕性，又有較高的強(qiáng)度和韌性，材料的抗氣蝕磨損和沖蝕磨損性能就好。磨損物為薄的碎片或粉末。 模具失效形式及機(jī)理 31 六、腐蝕磨損 腐蝕磨損常發(fā)生在高溫或潮濕的環(huán)境中，尤其在有酸、堿、鹽等特殊條件下最易發(fā)生。 模具服役時(shí)一般都會(huì)出現(xiàn)氧化磨損。 （ 4）氧化膜與基體的熱漲系數(shù)不同，也會(huì)造成氧化膜脫落。 模具失效形式及機(jī)理 35