巩义市泰和水处理材料有限公司
专业金刚砂耐磨地坪、玻璃喷砂、棕刚玉、抛光砂各种磨料系列产品
电话:0371-66559606 手机:13838271516
 
 
 泰和公司首页>>行业新闻  
 
推荐产品
金刚砂
喷玻璃专用金刚砂
金刚砂耐磨地坪
棕刚玉
石英砂喷砂磨料
核桃壳抛光砂
石榴石玉砂
除锈砂
活性氧化铝

断裂力学原理分析尺寸效应产生的机理

  • 浙江大学从金刚砂材料被去除时所受的力、切削层的塑性变形、裂纹扩展到断裂这一过程,应用断裂力学理论分析了尺寸效应的形成。
  • 由断裂力学可知,材料的断裂与材料中的裂纹有关,材料强度的降低是由于材料中存在细微裂纹造成的。因此,材料的断裂过程实际上就是裂纹的扩张过程。材料的裂纹尺寸与材料所能承受的正应力。之间有下列关系,即:a=√8Er/πa
    式中a--裂纹长度尺寸;
    E--弹性模量;
    r--切应变。
    试验证明,对理想的脆性材料是有效的,因为在脆性材料中塑性变形是有限的,使材料断裂的仅为表面能,表面能和断裂能相差不大。但对塑性材料来说,材料断裂的表面能要比断裂能小几个数量级。因此,对塑性材料来说,应该修正,使之包含断裂过程的塑性变形能,即:a=√2E(rs+rp)/πa
    式中:rp--塑性变形切应变;rs--表面能。
    式可以简写为a=K√1/a
    式中K--传递系数,是与材料有关的系数。
    式中建立了材料裂纹与应力的关系。从这个关系出发,将金刚砂磨削过程看成是材料局部的断裂过程,用断裂力学原理来解释尺寸效应产生的机理。研究者认为,在磨削中磨粒对工件材料切削时,其切削过程可以认为是磨粒磨刃对工件材料的剪切过程,也就是工件材料沿磨削深度平面的断裂过程,因此由工件表面至磨削深度ap处材料被剪断所产生裂纹的大小与磨削深度几乎相同。图3-31给出了磨削时工件上裂纹的产生与发展的模型。值得注意的是,此裂纹不是材料内部原有的,而是在切削过程中形成的。
  • 从以上分析可知,单位磨削力Fp与磨削深度ap之间应该存在类似a=K√1/a式的关系,即Fp=K√1/ap
    两式不同,原因在于前式是静态意义上的,式中的值均为材料本身特性所决定。后式则是对磨削过程中力的描述,是动态的。在磨削过程中裂纹必须以很高的速度扩展,材料才能被去除。因此K值的大小不仅与材料本身的特性有关,而且与磨削参数有关。K值的大小反映金刚砂磨粒磨除材料的难易程度,K值越大,单位磨削力越大。此外,由于磨削是在很高的速度下进行的,磨粒与工件间的摩擦消耗了一部分能量,同样磨削深度时需要更大的磨削力,而反映在后式中的指数将有所减小,因此对后式进行以下修正,即:Fp=K(1/ap)a
    取0<a<0.5(此时不包括磨粒摩擦与磨损)。当a=0.5时,可以认为此时磨削能量全部消耗在工件上磨削深度ap处材料的断裂所做的功,相当于静态力作用于工件上;当a=0时,则意味单位磨削力不随磨削深度的改变而改变,没有尺寸效应产生,能量全部消耗于工件间产生的摩擦热上。实际上,不可能出现完全切削和单纯摩擦这类极限情况,因此a值应在0-0.5之间。
    表3-7给出了在平面磨床上用CBN砂轮磨削钛合金时,不同磨削深度下的磨削力测量值。条件为:砂轮线速度vs=24m/s,工件线速度vW=9m/min和18m/min。
    Ft及Fp数值 表3-7
    vw/m·min^-1
    ap/mm
    Ft/N·mm^-2
    Fp/N·mm^-2
    9
    0.001
    0.554
    554.6
    0.002
    0.643
    321.7
    0.003
    0.911
    303.6
    0.004
    1.039
    259.8
    0.005
    1.188
    237.6
    0.006
    1.353
    225.4
    0.008
    1.454
    181.6
    18
    0.001
    0.901
    900.7
    0.002
    1.266
    633.3
    0.003
    1.610
    536.7
    0.004
    1.829
    457.3
    0.005
    2.083
    416.8
    0.006
    2.047
    363.3
    0.008
    2.740
    342.5
    0.010
    3.192
    319.2
    0.015
    4.194
    279.6
  • 图3-32给出了单位磨削力与磨削深度的关系,从图中可以看出,磨削深度越小,尺寸效应越显著,而且尺寸效应随工件速度的增加而增加。
  • 在两种工件速度下分别对试验数据进行回归可得以下方程:
    vw=9m/min时   Fp=18.02aP^-0.474
    vw=18m/rnin时  Fp=41.38aP^-0.440
    从两个方程可以看出:单位磨削力与磨削深度之间的关系和式a=K√1/a基本类似,表明了单位磨削力与磨削深度之间存在类似于应力与材料裂纹间的关系,方程中ap的指数比式a=K√1/a中的指数-0.5要大。其原因是在磨削中,一部分能量消耗在工件的发热上,使指数值略有增大。此外,工件的速度越大ap的指数越大。产生这种现象的原因是由于工件速度高,磨削力增大,磨削热也增大,更多的能量消耗在磨削热上,使ap的指数有增加的趋势。还可以看出,K值随工件速度的增加而增加,这与磨削力随工件速度增大的现象是一致的。
  • 通过以上分析可得出以下结论:磨削力的尺寸效应可以根据裂纹的产生与扩展过程来解释,即磨削中的单位金刚砂磨削力与磨削深度间的关系完全类似于断裂力学中应力与裂纹间的关系。
  • 巩义市泰和水处理材料有限公司专业生产各种规格金刚砂、耐磨骨料、除锈砂、金刚砂耐磨地坪、核桃壳磨料、玉米芯磨料产品。
如果恁觉的此文不错、或对您有价值不要忘记分享至您的微博。
更多
巩义市泰和水处理材料有限公司 电话:0371-66559606 手机:13838271516 传真:0371-64386019