磨粒磨损的模型化分析

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铁系金属磨粒图谱识别 3.粘着磨损

铁系金属磨粒图谱识别——粘着磨损1.磨损机理.由于摩擦副表面粗糙度的存在,通常表面微凸起相互接触面积只占名义接触面积很小的比例,载荷实际只作用在峰点间的很小面积之上。

峰点间的直接接触使它们之间不再存在油膜甚至表面膜也被破坏。

由于它们之间的接触应力大大超过材料的屈服强度而使峰点产生塑性变形直至固相熔焊。

当结合点随摩擦副进行相对运动时,受剪切力,结合点沿强度较弱处断开使其脱离其中一个表面而转移到另一表面上,从而发生磨损。

由于粘着点的强度异于原金属基体，转以后峰点高于原峰顶，在切向力和法向力的作用下，粘着点会脱落形成磨粒。

图3-1：粘着磨损发生机理2.粘着磨损6个磨损等级粘着磨损发生在毕氏层之下的变形层，在微观上属异常磨损范畴，但在宏观上因发生的面积和深度的不同而有等级上的差别。

粘着磨损依其轻重程度不同可分为6个等级：（1）轻微磨损:剪切破坏产生在粘着点上；（2）涂覆:剪切肤浅，一方金属材料以很薄一层转移到另一表面上；（3）擦伤:剪切发生在亚表层内，表面沿滑动方向出现细小划痕；（4）划伤:剪切进入金属基体，沿滑动方向产生较重抓痕；（5）胶合:剪切发生在摩擦副金属较深处，局部发生固相焊合；（6）咬死:工作表面粘着咬住，相对运动停止；（1）、（2）两个等级对摩擦副表面破坏甚微，工程概念上仍属于正常磨损范围，严重滑动磨粒依次经过（3）、（4）、（5）产生。

产生过程中，伴随着局部润滑不良，铁系金属产生氧化物，润滑脂高温胶化生成摩擦聚合物；由于局部干摩擦产生高温，有时会出现蓝、黄回火色的磨粒。

3.谱片特征：（1）严重滑动磨粒：表面光滑但带有明显平行划痕或开裂迹象，棱边平直。

（2）氧化物：氧化铁锈的多晶团粒在白色反射光照射下呈桔黄色，在白色反射偏振光照射下呈桔红色；四氧化三铁团粒为黑色。

（3）摩擦聚合物：通过双色照明，既呈现金属微粒的红色，又透视出摩擦聚合物母体的绿色。

4.谱片分析（1）严重滑动磨损图3-2：典型的严重磨损磨粒严重滑动磨损由于相对运动表面由于负荷过高和速度过大而产生过高剪切应力，切混层不稳定，局部粘着产生大的磨粒，磨粒＞20μm。

微磨粒冲蚀磨损的数值分析方法

[4 ]
图 1 固体粒子微切削模型 Fig 1 M icro cu tting model by p articles 3 基金项目 : 江苏科技成果转化项目 ( BA2005036 ) 1 收稿日期 : 2008 - 05 - 13 作者简介 : 吴晶华 ( 1976 —) , 男 , 博士研究生 1E2 mail: seu _ wjh@ 163 1com 1
Keywo rd s: waterjet; erosion; numerical analysis; ab rasives; impacting
水射流技术是 20世纪 70 年代兴起的一种特种加工技术 , 近 20 年来得到迅猛发展。高压水射流切割对切割材料理化性能无影响 , 具有无热变形、切口窄、精度高、切面光滑、清洁无污染等优点 [2 ] 。国内自 20世纪 90 年代后期开始出现高压水切割机 , 目前已经有 50多家生产企业 , 年产量上千台 , 然而整体的技术含量比较低。如何控制水射流加工的精度以及提高效率是当前水射流技术发展的重点 , 而进一步认识水射流加工的原理成为其中的关键。为提高切割效果 , 一般在水射流中加入微磨粒 , 形成磨料水射流 , 磨料水射流切割过程是一个复杂的物理现象 , 虽然有很多学者对其机制进行了研究 , 但大多处于实验研究的水平 , 提出的模型均受实验机床性能的影响。最近几十年来 , 数值分析的方法已经在各个领域得到了广泛的应用 , 通过数值分析方法不但可以减少实验过程的时间和资金支出 , 而且有助于对水射流加工机制的进一步理解。
Num er ica l Ana lysis of Abra sive Pa r t icles Er osive W ea r
W u J inghua Ta ng W e nc he ng Xu Hongxia ng B e n Ke cun

橡胶磨粒磨损机理的研究

橡胶磨粒磨损机理的研究橡胶磨粒磨损机理的研究摘要：橡胶材料在实际应用中常常面临着磨损的问题，其中磨粒磨损是比较常见的一种磨损形式。

本文通过实验和理论分析，研究了橡胶磨粒磨损的机理和影响因素。

实验结果表明，材料的硬度、摩擦系数和磨损时间是影响磨粒磨损的主要因素。

在理论分析方面，本文采用了扩散模型和磨角模型，探讨了不同参数对橡胶磨损的影响。

研究发现，扩散系数和磨角是影响磨粒磨损的关键因素，可以通过优化材料的制备工艺和改变使用条件来提高材料的耐磨性能。

关键词：橡胶材料，磨损机理，磨粒磨损，材料硬度，摩擦系数，扩散模型，磨角模型1.引言橡胶材料是一种广泛应用的材料，在机械、汽车、航空等领域都有重要的应用。

但是，在实际使用过程中，橡胶材料往往面临着磨损的问题，影响了材料的使用寿命和性能。

磨损是材料表面与环境或其他表面接触时的失去物质的过程，通常被认为是一种不可避免的自然现象。

磨损形式多种多样，其中磨粒磨损是一种常见的磨损形式，特别是在橡胶材料中。

磨粒磨损是指材料表面与一些颗粒磨料接触时的磨损现象。

在实际应用中，材料表面通常会与磨粒（例如沙子、灰尘等）接触，导致磨损。

因此，了解橡胶材料的磨粒磨损机理以及如何改善其性能至关重要。

2.实验方法本实验采用了环形磨损试验机测试样品的磨损性能。

测试过程中，样品放置在环形盘中，与磨粒接触，并且制定了不同的工作条件，例如不同的硬度、不同的摩擦系数和不同的磨损时间，以便研究它们对材料磨损性能的影响。

测试得到的结果表明，材料硬度、摩擦系数和磨损时间是磨粒磨损的主要影响因素。

较硬的材料具有更好的抗磨损性能，而较软的材料则更容易被磨损。

此外，材料的摩擦系数越高，磨损越少。

磨损时间越长，材料的磨损越明显。

3.理论分析在理论方面，本文采用扩散模型和磨角模型来研究材料的磨损机理。

3.1 扩散模型扩散是指物质分子通过材料内部的空隙和缺陷移动的过程。

在材料表面与颗粒磨料接触时，颗粒磨料会将表面的原子和分子移除，导致材料表面逐渐减少，这就是磨粒磨损现象。

第三章模具失效形式及机理

第三章模具失效形式及机理
本章学习目标：
1、掌握模具失效主要形式
2、掌握磨损失效形式、失效机理以及影响因素 3、掌握断裂失效形式、失效机理以及影响因素 4、掌握塑性变形失效失效机理以及多种失效形式的交互作用
模具的主要失效形式：
1.磨损失效 2.断裂失效 3.塑性变形失效
失效几率
早期失效
随机失效
图1-1 寿命特性曲线
耗损失效使用时间
第一节磨损失效
磨损：由于表面的相对运动，从接触表面逐渐失去物质的现象。
磨损失效：模具在服役时，与成形坯料接触，产生相对运动，造成磨损。当该磨损使模具的尺寸发生变化，或改变了模具的表面状态使之不能继续服役时。
磨损的分类：
1.磨粒磨损(particle wear) 2.粘着磨损(adhesive wear) 3.疲劳磨损(fatigue wear) 4.气蚀和冲蚀磨损(cavitation erosion and wash-out wear)
图3-9 压力对磨损量的影响
d.磨粒尺寸与工件厚度的比值
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入越深，对模具的磨损越小。
磨粒工件
( a) dm<t (b) dm=t (c) dm>t
图3-10 磨粒尺寸与工件厚度相对比值对磨损量的影响
提高耐磨粒磨损的措施： a.提高模具材料的硬度 b.进行表面耐磨处理 c.采用防护措施
图3-8 相对硬度对磨损量的影响
当Hm=Ho时，如II区，为磨损软化状态，此时的磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>Ho 时，如III区，为严重磨损状态，此时磨损量较大，曲线趋平。
图3-8 相对硬度对磨着模具与工件表面压力的增加，磨粒压入模具的深度增加，磨损越严重。但当压力达到一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓。

分子动力学摩擦磨损建模

分子动力学摩擦磨损建模
摩擦磨损是在接触表面之间发生的一种常见现象，它是由于分子之间的相互作用力引起的。

分子动力学是一种研究分子运动的方法，可以用来模拟和预测材料的摩擦磨损行为。

在分子动力学模拟中，材料的摩擦磨损可以通过模拟材料表面的原子或分子的运动来研究。

通过模拟分子之间的相互作用力，我们可以观察到材料表面的微观结构变化和摩擦磨损的过程。

我们可以选择一个合适的分子动力学模型，例如Lennard-Jones势模型，来描述分子之间的相互作用。

然后，我们可以在模拟中引入外力，例如平行于表面的力，来模拟摩擦。

在模拟过程中，我们可以观察到表面的原子或分子的运动。

通过分析原子或分子的位移和速度，我们可以计算摩擦力和磨损程度。

这些结果可以用来预测材料的耐磨性能，并为材料设计和改进提供参考。

我们还可以通过改变模拟条件，例如温度和压力，来研究它们对摩擦磨损行为的影响。

通过比较不同条件下的模拟结果，我们可以深入了解摩擦磨损的机制和影响因素。

总的来说，分子动力学模拟是一种重要的工具，可以帮助我们理解和预测材料的摩擦磨损行为。

通过模拟分子的运动和相互作用，我们可以揭示摩擦磨损的机制，并为材料设计和改进提供指导。

这种
方法在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。

刀具磨损计算模型

刀具磨损计算模型外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象，称为磨粒磨损。

磨损提出了简易的磨粒磨损预测模型并推导计算。

该模型符合以下假设：①磨粒磨损模型定量分析方法符合微观切削机理；②刀具材料的受压屈服强度不随时间变化：③磨粒为形状相同的圆锥体。

若被磨材料的受压屈服极限为OS假设有B个圆锥体，圆锥体中心半角为β磨粒压入金属位置为h,载荷为W.投影面积为A,滑动距离为s,则W 可表示为圆锥体单位滑动距离表面产生的磨粒磨损量Qabr,可表示为引入磨粒磨损系数kl,kl=K∕tan(3),其中K为概率数，则式(2)可以改写为kl对刀具破损预测影响较大，该系数的取值与磨粒磨损的类型、尺寸和材料特性等因素有关。

文献［17］中给出了一些学者通过试验得到的kl、提出刀具的磨粒磨损属于三体磨损，磨粒尺寸约为80μmn,本文计算选取磨粒磨损系数为4X10-3黏着磨损计算模型当摩擦副相对滑动时，由于黏着效应所形成结点发生剪切断裂,被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损称为黏着磨损,又称咬合磨损。

黏着磨损计算模型假设刀具材料的受压屈服强度不随时间变化;摩擦副之间的黏着结点作用面为以□为半径的圆，则每个黏着结点作用面的接触面积为πα2,W由若干个半径为a的相同微凸体承受，则当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。

因此，考虑到并非所有的黏着点都形成半球形的磨屑，引入黏着磨损常数k2,且k2Wl,则黏着磨损量Qadh可K2按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件在10-7-10-2波动。

出刀具破岩的黏着磨损系数为3.09义10-6疲劳磨损模型计算滚刀破岩主要是刀具挤压破碎岩体的过程。

随着刀盘的旋转，滚刀一方面会随着刀盘旋转，另一方面绕自身中心轴自转。

因此岩体针对滚刀上的点形成循环荷载作用，而疲劳磨损产生的*根本原因也是被磨材料承受的循环应力作用。

三、磨粒磨损

三、磨粒磨损
磨粒磨损示意图硬的颗粒或硬的突起物在摩擦过程中引起物体界面材料脱落的现象称为磨粒磨损，也称为磨料磨损。
• 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。前者称两体磨粒磨损,如锉削过程；后者称三体磨粒磨损,如抛光过程。依据磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为凿削式,高应力碾碎式,低应力擦伤式3类。
3.接触疲劳的过程
• (1)麻点剥落
(2)浅层剥落
• (3)深层剥落
五、其他磨损
• 腐蚀磨损腐蚀速率取决于腐蚀特性和磨损过程。 • 冲蚀磨损脆性和延性两种磨损机制。
六、提高零件耐磨性的途径
工程结构的合理设计零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择正确选材材料表面耐磨与减摩处理通过表面工程技术提高耐磨性一般从两个方面着手： • 一是使表面具有良好的力学性能，如高硬度、高韧度等； • 二是设法降低材料表面的摩擦系数。
七、磨损的实验表征
1. 销-盘磨损实验
磨损率：
摩擦系数：
3. 磨损表面形貌分析
接触疲劳试验
接触疲劳曲线σmax—N
热疲劳试验
b. 形状和粒度
<临界尺寸时，磨损形状：尖锐>多角>圆粒
(2)材料力学性能与微观组织的影响材料耐磨粒磨损性能主要决定于其硬度，尤其是磨损后材料的表面硬度，而与其它力学性能无必然关系。
• (3)工况和环境条件的影响工况与环境条件的影响因素主要指速度、载荷、磨损距离、磨粒冲击角，以及环境湿度、温度和腐蚀介质等。
磨粒磨损的估算(塑性变形)
P 3 sc r 2 Hr 2

磨损模型和预测公式

1、引言在工程研究中一个至关重要的目标，就是以数学表达式的形式来建立系统中所有变量和参数之间的性能关系。

因此，在摩擦学领域，工程师和设计者也应当建立一套公式来预测磨损率.不幸的是，可利用的方程疑点重重,很少有设计者可以利用这些公式来较为准确的预测产品的寿命。

在自动化设计中大多数其他的问题都比磨损问题更加量化，因此对预测磨损问题方程的需求非常的迫切.目前存在的较为成熟的研究有应力分析，振动分析以及失效分析等等.鉴于越来越依赖于以计算机为基础的设计方法,在有效的算法中，有缺陷的问题即使不能被忽略也往往使其最小化。

磨损方程和建模的问题是在一常规但不常见的基础上所讨论的。

在讨论磨损问题之前，很多学者发表了文献，但是这些文献对于建立较好的磨损模型没有具体指导意义.最相关的文献是Bahadur［1］对1977年材料磨损会议的一篇总结.当然在有关磨损模型问题的一些会议上也还有相关的文献［2]，并且在最近出版的Bayer的书籍中也有一章来讨论磨损模型的问题［3]。

在下面的段落中，术语模型和方程会被频繁应用，这里应当给出定义。

磨损模型就是关于影响磨损的变量的描述。

在有些情况下,这种模型只是文字形式，这种形式被称为磨损的文字模型。

当这些变量装配到数学表达式中时，就成为了磨损方程。

Barber[4］很好的阐述了建模的一般原则：“工程建模依赖于这样一个前提，即使是最复杂的工程系统也可以被视为是由相对简单的组件（通常是极小的零件)组装而成的。

这些简单组件的瞬时状态，可以利用有限数量的参数（或者叫状态变量)来描述，并且随后的行为，通过数学上量化的物理规律，依赖于与相邻组件的相互作用”Barber关于建模的描述显然是基于这样的一类系统,该系统可以用一组离散的机械装置建立模型。

相比之下,磨损问题涉及化学,物理和机械零件的相互作用，这就需要一套新的建模方法。

本文集中讨论这种新方法,并且对如何建立磨损过程的模型提供了建议.具有广泛的需求这一观点令人信服之前,从建立磨损方程的历程中得到一些观点是非常有益的。

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的增多而增大，其摩擦因数随着倾斜角的增大而增大；圆台形磨粒模型的磨损率变化趋势与球形磨粒一致，但其摩擦因数变化的趋势与球形磨粒相反。关键词：磨粒磨损；球形磨粒；圆锥形磨粒；圆台形磨粒；磨损率；摩擦因数
中图分类号：ＴＨＩ１７．１文献标志码：Ａ文章编号：０２５４ — ０１５０（２０１７）１ｌ一０１３ — ０６
２０１７年１１月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＮＯＶ．２０１７
第４２卷第１１期
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４ — ０１５０．２０１７．１１。００３

Ｖｏ１．４２Ｎｏ。１１
磨粒磨损的模型化分析
张勇强汪久根洪玉芳（浙江大学机械工程学院浙江杭州３１００２７）
摘要：磨粒磨损作为磨损的主要类型之一，影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制，用球形、圆锥形和圆台形磨
粒模型分析其磨粒磨损的磨损率和摩擦因数，考虑磨粒数量与磨粒尺寸间的指数关系，分析磨损率随磨粒数量和磨粒尺寸的变化，计算平均摩擦因数随磨粒数量及其参数的变化。研究结果表明，球形磨粒模型的磨损率随着磨粒的减小和磨粒数量的增加而减小．其摩擦因数随着磨粒数量的增多而增大；圆锥形磨粒模型的磨损率随着磨粒的增大与数量
ＭｏｄｅｌｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｂｒａｓｉｖｅＷｅａｒ
ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｑｉａｎｇＷＡＮＧＪｉｕｇｅｎＨＯＮＧＹｕｆａｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，Ｚｈ￣ｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈ￣ｉａｎｇ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）
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