第四章 模具摩擦磨损.

元,铁道车辆为30亿美元,而一架值勤的海军 飞机飞行每小时磨损消耗值为245美元，耗 油只有376美元，可见磨损消耗之大。又如 在农业机械及建材行业，40%的配件是由 于摩擦磨损消耗的。其它如矿山、建筑、 煤炭、电力、铸造机械中磨料磨损也十分 严重。
我国关于摩擦磨损的研究开展的也很 早，60年代初在兰州召开了第一次全国摩 擦、磨损会议，有关课题也列入了全国科 学规划。1975年机械部召开的摩擦、磨损
摩擦与磨损对人类生活产生深远的 影响，摩擦生火使人与动物分开。车的发 明是一种由滚动摩擦代替滑动摩擦，减少 磨损的实例。但摩擦磨损的研究长期以来 只限于力学范畴类，阿·通·库伦定律几乎 统治了两个世纪。磨损是一种十分复杂的 现象，涉及的范围很广，特别是磨损是一 种微观和动态的过程，仅从力学观点去研 究显然是无法解决摩擦磨损这一复杂问题 的。60年代以后，由于电镜的大量应用， 磨损研究才快速发展起来，扫描电镜、
会议上的调查报告指出：国家分给机械部
钢材有一半作为配件，而配件又大部分用于 维修。如1974年汽车产值16.6亿元，耗用 钢材27万吨，配件产值为14亿元，耗用钢 材23万吨，这其中绝大部分用于维修易磨 损件，可见磨损问题在我国也相当严重。
关于磨损研究是投资少、收益大。美 国机械工程协会报告讲：1976年美花在交 通运输、发电、透平机械和工业生产四个主 要领域中关于发展摩擦磨损方面研究费用为 2400万美元，而总节约量估计为美国每年 能源消耗的11%，相当于160亿美元。
３ 、流体润滑与磨损
在完全理想润滑条件下，不会产生磨 损，但现实中，任何一种流体润滑的轴承， 仍然会有一定的固体接触，或多或少会产 生少量磨损，已为实践所证实。
４、摩擦功与磨损及其相互关系
引起磨屑脱落必然要付出一定能量。 因此，在摩擦功中，包括了磨损功。但一 般情况下，磨损功以外的摩擦与变形所消 耗的功多属内功而不呈现于表面。研究指 出，干摩擦时磨损量W 与 6 成正比，（ 为
为摩擦系数） ， （实验结果 ，W与 2 、 4 、 6 成正比均有之） 。对于单位机械磨损有：
w n
(n>2)
3 摩擦分类和特性
磨损分类的方法很多。有按磨损发生的 机理分 类法，有按机械运动状态的分类法以及根据其它观 点的分类法，达几十种之多。
J．T．鲍维尔的分类法是： （1）粘附磨损 （2）磨粒磨损 （3）腐蚀磨损 （4）表面疲劳磨损（或叫“麻点磨损”） （5）次要的磨损形式：浸蚀、冲击等。
如果在任一瞬间都有几个结点存在，则真实触
面 Ar 为：
在工业比较发达国家里，据分析， 目前能源消耗约有1/3是由于摩擦和磨损 造成的。约1965年英国的教育科研部提 出关于摩擦学教育和研究的报告之后，人 们日益重视摩擦和磨损对整个工业的影响。 H.peter Jost曾估计美国常年为摩擦和磨 损开支1000亿美元；据西德研究和技术 部估计，摩擦和磨损使西德经济每年损失 约100亿马克，其中一半“是磨料磨损” 造成的。 另据U.S.A评议局（OAT）报导, 美国切削机床每年维护费为750亿美
第四章 模具的摩擦和磨损
❖ §1 引言 ❖ §2 摩擦与磨损 ❖ §3 磨损分类和特性 ❖ 一 粘附磨损 ❖ 二 磨粒磨损 ❖ 三 腐蚀磨损 ❖ 四 疲劳磨损 ❖ §4 模具的磨损失效
1 引言
磨损是摩擦学三大基本内容（摩擦、磨 损和润滑）之一，磨损又是金属机械零件失 效的三种主要形式（磨损、疲劳、腐蚀）之 一。随着科学技术的日益发展，材料与能源 的节约变得越来越重要，减少磨损的任何措 施，都可节约材料、能源、人力和物力，因 此防磨和抗磨对国民经济有重要意义。
面压在一起,正压力 W 为 ，则可写成：
W Ar (3 yp )
（1）
（ yp :屈服强度）
据阿查得(Archard)的研究，假定，每次有
两个微凸体进入接触才能形成结点，因此必有
一个不变的形成粘附磨损微粒的概率。再进一
步假定，每个微粒均为半球状的，其直径d等
于结点的直径，并且所有的结点尺寸都相同，
干燥条件下的接触模型，示于下图 中，由于是干燥条件下，两物体A与B间 接触面，可以看作是强有力地粘附在一 起的。此时，磨屑脱落机理是很复杂的， 有多种不同的说法。最广泛的是下图所 示的模型（Archard模型）。
Hale Waihona Puke Baidu
设接触点直径 为d，接触点为n， 当滑动距离为d时， 则有图示中虚线所 示半球状的磨屑脱 落下来，于是
透射电镜、俄歇电子能谱技术、X光电谱
技术、扫描离子谱和离子衍射谱技术等新 技术的应用，加之铁谱技术的发展，使得 磨损机理失效分析、监测和维修各方面都 有很大发展。
摩擦磨损分析研究是解决磨损问题之 关键，具体到模具，首先必须了解造成磨 损的原因，揭露磨损之机理。本章就是关 于这方面的讲述。希望大家认真重视。
2 摩擦与磨损
❖ 摩擦三种状态（干摩擦、边界摩擦及润 滑摩擦）与磨损。
❖ 关于摩擦，在有关方面课中已作过详细 分析，本课程不再赘述。这里仅就各种 摩擦状态下的磨损情况（有磨屑的产生） 简要予以说明。
1、干摩擦与磨损
干摩擦是指没有任何污染（表层吸 附物：油膜、氧或水分薄膜及其它非固 体的第三种物质薄膜）的固体之间的摩 擦。
P n(d 2 / 4) p
P －－载荷
p －－金属流动压力
p
因之，全滑动距离L时全部磨损量 W 为：
W 1 d 3(L / d )n 1 PL
12
3p
(1)与所作用垂直载荷成正比;(2)与滑动距离成正比;
(3)与材料流动压力成正比
实际上磨屑是一种概率现象，把概率因素考 虑进去，多用下列公式表示
W K(PL/ p)
其中 K 为磨损系数，是一个无因次量，实际 中 K / p（因次为 mm 2 / kgf）来代替 K。
则：
W /(PL) K / p
该值为磨损率 ， 与 K / p均可用来表示
材料的耐磨性。
（磨损量与时间之比值称磨损率）
２、边界摩擦与磨损
关于边界润滑条件的磨损机理，仅就磨屑 脱落的概率来说，润滑能减少磨屑脱落，在每 个接点处，完全处于干摩擦和有润滑情况下的 脱落的比例是不同的。