張友根，曹亮

(寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司，浙江 寧波 315200)

基于線彈性斷裂力學(xué)的注塑機(jī)拉桿組件的微裂紋穩(wěn)定要素的
研究及應(yīng)用（下）

張友根，曹亮

(寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司，浙江 寧波 315200)

基于線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋理論，分析了注塑機(jī)拉桿組件的微裂紋穩(wěn)定要素與斷裂之間的關(guān)聯(lián)。糾正了傳統(tǒng)的拉桿組件非對稱循環(huán)的運(yùn)動力學(xué)的特性的觀點(diǎn)，首次提出了拉桿組件脈動循環(huán)的彈性力學(xué)的運(yùn)動特性的新觀點(diǎn)，為科學(xué)運(yùn)用微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子理論奠定了理論基礎(chǔ)。創(chuàng)建了微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)理論,解釋了拉桿斷裂的力學(xué)因素，提供了卸載性能的微裂紋穩(wěn)定的理論設(shè)計依據(jù)。結(jié)合實(shí)例，提出了微裂紋穩(wěn)定的可靠性安全系數(shù)均值、承載能力的綜合系數(shù)、脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度等三個要素的工業(yè)設(shè)計理論及應(yīng)用原則, 提出了微裂紋穩(wěn)定的卸載段直徑、螺紋段底徑及拉桿螺母的設(shè)計理論及確定原則。研究了線彈性斷裂力學(xué)要素與彈性力學(xué)性能之間、與質(zhì)量控制之間的關(guān)聯(lián)，探索提高微裂紋穩(wěn)定的質(zhì)量要素研發(fā)方向。運(yùn)用創(chuàng)新的拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的工業(yè)設(shè)計理論，分析了斷裂失效實(shí)例，進(jìn)一步說明線彈性斷裂力學(xué)要素的微裂紋失穩(wěn)的研究有助于預(yù)測和防止拉桿組件的斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

注塑機(jī)；拉桿組件；線彈性斷裂力學(xué)；研究；應(yīng)用

4.2.3.3 拉桿固定端的螺紋段的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的直徑設(shè)計及應(yīng)力強(qiáng)度因子校核的舉例

例1的拉桿螺紋，表面精車Ra1.6 μm，由表2，粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù)為βσ=0.85；螺紋滾壓，由表3，高應(yīng)力集中的螺紋滾壓強(qiáng)化系數(shù)取中間值βq=1.8；螺紋底徑估算5～6.5 cm，由圖6，尺寸系數(shù)βc=0.65。

公制螺紋理論應(yīng)力系數(shù)α=2.06，材料敏感系數(shù)q=1，由式（46），有效應(yīng)力系數(shù)：

κ=1+q(α-1)=1+1×(2.06-1)=2.06由式（50），承載能力綜合系數(shù)k2：

根據(jù)計算及拉桿的具體參數(shù)，在螺紋自鎖性能、拉桿結(jié)構(gòu)容許條件下，盡可能增大螺紋底徑，有利于降低應(yīng)力強(qiáng)度因子，根據(jù)螺距4，?。汗潭ǘ说娜锹菁y為M70×4，d1=6.6 cm；調(diào)模端的梯形螺紋Tr70×4，d1=6.6 cm。

由式（13），螺紋段的抗拉應(yīng)力極限：

由式（11），螺紋段的許用脈動循環(huán)抗拉強(qiáng)度及自身應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)：

符合式（8）的判據(jù)，螺紋段不會發(fā)生微裂紋失穩(wěn)，能在正常的彈性范圍內(nèi)運(yùn)行。

4.2.4 拉桿固定端的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的卸載性能的校核實(shí)例及卸載段直徑的最終值

根據(jù)3.1.2的應(yīng)力強(qiáng)度因子的微裂紋穩(wěn)定的卸載性能判據(jù)原則及式（9）的判據(jù)公式，分析例1的卸載性能。

螺紋段的應(yīng)力強(qiáng)度因子的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

卸載段的應(yīng)力強(qiáng)度因子的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

卸載性能判據(jù)。根據(jù)上述計算作對比分析：

符合式（9）卸載性能判據(jù)，螺紋段不會發(fā)生微裂紋失穩(wěn)而斷裂現(xiàn)象，運(yùn)行實(shí)際也證明了這一判據(jù)理論的科學(xué)性。

線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的卸載性能決定卸載段直徑的最終值。根據(jù)上述判據(jù)，卸載段A的直徑為4.6 cm，達(dá)到拉桿固定端的微裂紋穩(wěn)定的卸載性能要求。

4.3 卸載段B的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計研究

卸載段B的功能不同于卸載段A的卸載功能。由圖2，頭板和二板的四個拉桿孔的位置度、二模板自身的模具安裝面的平面度、中心高以及肘桿的尺寸等存在誤差，累積到兩模具安裝面之間的平行度，負(fù)載工況下，反映到四根之間延伸量不一致、拉桿存在不同大小的偏心受力。卸載段B的作用就是彌補(bǔ)/減小這些因素導(dǎo)致的兩模具安裝面之間的平行度誤差。所以卸載段B的應(yīng)力是抗拉和抗剪兩者組合的復(fù)合應(yīng)力。

4.3.1 卸載段B的線彈性彈性力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的性能分析

根據(jù)表1的無卸載段B的拉桿負(fù)載應(yīng)變測試值，拉桿偏心負(fù)載差為6%～18%，說明卸載段B的負(fù)載應(yīng)力應(yīng)低于拉桿主體段負(fù)載應(yīng)力的20%，同時自身的負(fù)載應(yīng)力必須符合應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)，才能在微裂紋穩(wěn)定情況下可靠地運(yùn)行。

4.3.2 卸載段B的直徑

根據(jù)4.3.1節(jié)的分析，卸載段B的負(fù)載應(yīng)力低于拉桿主體段負(fù)載應(yīng)力的20%，也可以作這樣的理解：卸載段B的許用脈動循環(huán)強(qiáng)度極限為拉桿主體段直徑的80%，根據(jù)此原則設(shè)計直徑。

卸載段B與卸載段A的Y、a及安全系數(shù)均值、承載能力的綜合系數(shù)相同。

卸載段B的直徑極限dB：

4.3.2 卸載端B的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的卸載性能的直徑設(shè)計及應(yīng)力強(qiáng)度因子的校核

例1中，由式（59），卸載段B的直徑極限：

根據(jù)負(fù)載的波動實(shí)際，卸載段B的直徑取5 cm。

卸載段B的負(fù)載應(yīng)力及自身應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)：

卸載段B的應(yīng)力強(qiáng)度因子的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

拉桿主體段的應(yīng)力強(qiáng)度因子的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

卸載性能判據(jù)。卸載段B與拉桿主體段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限的應(yīng)力強(qiáng)度因子之比的判據(jù)：

符合式（6）、（9）的應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)原則，能在正常的彈性范圍內(nèi)運(yùn)行。

4.4 拉桿調(diào)模端的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的的應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計研究

拉桿調(diào)模端包括卸載段C和調(diào)模螺紋段兩個部分，圖11為拉桿固定端的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖11 拉桿調(diào)模端的結(jié)構(gòu)簡圖

4.4.1 拉桿調(diào)模端的受力分析及線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的參數(shù)設(shè)計

由圖12，拉桿與尾板的聯(lián)接分為定位和自由的兩個部分。由于肘桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，尾板相對于頭板、二板，接近于剛性狀態(tài)。

由圖12，斜排列肘桿機(jī)構(gòu)在鎖緊狀態(tài)下，肘桿與拉桿成40～80°的斜角ρ（圖14）。肘桿與尾板之間的鎖軸孔支點(diǎn)處，垂直方向的分力FY產(chǎn)生對支架的力矩M， A-A截面為剪切強(qiáng)度最大的截面。由于尾板剛度大，軸向分力FX不對拉桿產(chǎn)生力矩，上下對稱的分力共同推動尾板。

圖12 拉桿調(diào)模端的受力簡圖

根據(jù)以上對拉桿調(diào)模端的力學(xué)性能分析，調(diào)模螺紋和卸載段C的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的參數(shù)可等同于固定端。

4.5 拉桿卸載段的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的設(shè)計存在問題及研發(fā)方向

卸載段直徑小于螺紋底徑，提高承載能力關(guān)鍵是提高脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限。承載能力的綜合系數(shù)是提高承載能力的關(guān)鍵。卸載段的表面粗糙度的加工普遍沒有采用拋光工藝，僅為精磨，而且粗糙度普遍達(dá)不到Ra0.4，兩者的表面質(zhì)量系數(shù)相差10%～20%。在熱處理的技術(shù)要求上，一些設(shè)計者不了解調(diào)質(zhì)硬度與強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián)，缺乏科學(xué)處理的理念。因此對卸載段的脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度的設(shè)計，處于無知的隨意的自由發(fā)揮，達(dá)不到卸載螺紋段應(yīng)力的要求。

消除應(yīng)力集中源的設(shè)計。微裂紋擴(kuò)張主要由尖端附近的應(yīng)力場引起，消除卸載段的應(yīng)力集中源，達(dá)到消除尖端應(yīng)力，降低微裂紋的擴(kuò)展能量。

卸載段的應(yīng)力集中源主要反映在錐面與卸載段圓柱面的過渡圓（見圖9、圖11）。拉桿主體直徑D與卸載段A的直徑d之比大于1.1，過渡圓半徑r與卸載段直徑d之比大于1.5，可視為消除了應(yīng)力集中源。卸載段斜角Φ范圍20～35°。卸載段與螺紋段的過渡直徑dL：

dL=d1-(0.5～1) mm

卸載段與螺紋段的過渡距離LS：

4.6 拉桿螺紋段的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的技術(shù)設(shè)計存在問題及研發(fā)要點(diǎn)

承載能力的綜合系數(shù)是拉桿螺紋的承載能力的核心要素。

表面處理維持應(yīng)力強(qiáng)度因子在較低的水平，提高疲勞壽命。雖經(jīng)高速切削后螺紋根部有圓角，但實(shí)際表面粗糙度較差，很容易形成應(yīng)力集中的裂紋，運(yùn)行一定周期后，螺紋根部的微裂紋就會產(chǎn)生塑性變形而塑性擴(kuò)張，導(dǎo)致疲勞斷裂。

拉桿螺紋直徑確定后，強(qiáng)度主要取決于表面質(zhì)量系數(shù)。表面強(qiáng)化處理是提高表面質(zhì)量系數(shù)的首要工藝方法。線彈性斷裂力學(xué)認(rèn)為，不論在疲勞應(yīng)力或是在靜載下的介質(zhì)作用，存在微裂紋的緩慢擴(kuò)張速率都由裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子的大小決定。表層壓應(yīng)力使最大工作應(yīng)力加上后，應(yīng)力強(qiáng)度因子維持在較低的水平，甚至等于零（在合成應(yīng)力為壓應(yīng)力時）。所以，微裂紋即使存在，也是極緩慢地擴(kuò)張或不擴(kuò)張。表面強(qiáng)化工藝可造成這種壓應(yīng)力層，導(dǎo)致更有效的提高構(gòu)件的疲勞壽命。提高根部圓角的粗糙度及表面硬度，達(dá)到提高表面壓應(yīng)力，降低微裂紋的擴(kuò)展應(yīng)力。如例1的拉桿調(diào)模端的螺紋根部未滾壓，承載能力的綜合系數(shù)僅為0.242，由式（53）計算，螺紋底徑應(yīng)達(dá)到7.6 cm，拉桿機(jī)構(gòu)設(shè)計上不容許。螺紋根部滾壓后，可把螺紋底徑降低到6.5 cm，符合拉桿的尺寸結(jié)構(gòu)及微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的要求。

4.7 拉桿螺母的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的的應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計研究

拉桿螺母材料多數(shù)為球墨鑄鐵。如熱處理達(dá)不到質(zhì)量要求，材料晶粒不能得到有效的控制，較大微裂紋尺寸是不可免的，應(yīng)力強(qiáng)度因子大，降低了疲勞壽命。微裂紋穩(wěn)定的主要技術(shù)措施是提高鑄件的熱處理質(zhì)量，達(dá)到晶粒細(xì)化，降低微裂紋尺寸，降低應(yīng)力強(qiáng)度因子。

圖1懸浮式拉桿螺母斷裂失效現(xiàn)象是圓錐面首牙部位截面徑向斷裂，而調(diào)模螺母也為懸浮式，基本上沒有斷裂失效，說明拉桿螺母壁厚部分的脈動循環(huán)屈服拉伸強(qiáng)度不夠。

4.7.1 拉桿螺母副的螺牙受力分析[4]

常規(guī)緊固螺紋副的螺牙，首牙受力為37%。拉桿螺紋副的聯(lián)接不同于常規(guī)的緊固螺紋副，兩者之間僅為聯(lián)接，沒有常規(guī)螺紋副的主要作用于首道牙的10%的附加緊固力，類似于傳動螺紋副。首牙為22%，第二牙為17%，第三牙為16%，第四牙為13%，第五牙為11%，第八牙趨于0。

4.7.2 拉桿螺母微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的卸載性能的判據(jù)

按3.1.1節(jié)，同一部件同一部位的微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的卸載性能的判據(jù)。

4.7.2.1 拉桿螺母的脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度

拉桿螺母在彈性力學(xué)范圍運(yùn)行。

螺母第一道牙處的抗拉應(yīng)力：

式中：

DS——螺桿螺母壁厚外極限；

D——拉桿螺母螺紋底徑。

4.7.2.2 拉桿螺母許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限

k3——螺母承載能力的綜合系數(shù)，包括：粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù)、強(qiáng)化方法的表面質(zhì)量系數(shù)、尺寸系數(shù)、有效應(yīng)力質(zhì)量系數(shù)，根據(jù)式（46）原則：

4.7.3 螺紋嚙合圈數(shù)

注塑機(jī)拉桿螺紋副的力封閉的力學(xué)特性，螺母拉伸拉桿，同時拉桿產(chǎn)生彈性變形力拉伸螺母，螺母的兩端同時受力。螺紋嚙合受力為8個牙道，按此計算，螺母螺紋數(shù)為12～16較為適宜。

4.7.4 拉桿固定螺母微裂紋穩(wěn)定要素的實(shí)例分析

例1中，拉桿固定螺母，QT500-7，HBS190，DS=8.5 cm，D1=7 cm。尺寸系數(shù)0.65；有效應(yīng)力系數(shù)1.318。表面未作強(qiáng)化處理。

抗拉強(qiáng)度：σb=3.5×170=595 MPa

由式（43），QT500-7的脈動循環(huán)屈服極限：σu=0.394σb=0.394×595=234 MPa

由式（62），承載能力的綜合系數(shù)：

由式（60），拉桿螺母的拉伸應(yīng)力：

由式（61）及式（8）的原理，固定螺母抗拉應(yīng)力強(qiáng)度因子的校核：

校核說明，拉桿固定螺母的微裂紋穩(wěn)定，不會發(fā)生微裂紋失穩(wěn)而斷裂現(xiàn)象，實(shí)際也證明了理論分析的結(jié)論。

4.8 螺牙的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的的應(yīng)用技術(shù)的設(shè)計研究

肘桿合模機(jī)構(gòu)是一個內(nèi)力封閉的力學(xué)性能機(jī)構(gòu)，各運(yùn)動副接觸之間拉力與壓縮力互相平衡，即大小相等、方向相反，形成一個內(nèi)力封閉圈。

螺牙的兩側(cè)面受到拉、壓兩個力及方向相反的兩個力矩。圖13為螺牙的受力及彎矩的作用簡圖。以螺牙A2為例，鎖緊狀態(tài)下，拉桿螺紋的螺牙A2左側(cè)受到螺母螺牙A1的拉力P，同時拉桿螺紋螺牙A4在內(nèi)力作用下，產(chǎn)生一個反作用力PT作用于螺母螺牙A3，A3螺牙在PT的作用下又作用于A2螺牙，由于螺紋副彈性模量不一致、軸向間隙等因數(shù)， 在力傳遞環(huán)節(jié)中產(chǎn)生力損耗，螺牙A2的兩側(cè)受力不一樣，產(chǎn)生力差，對螺牙A2產(chǎn)生彎矩。螺紋副的配合精度高，力傳遞效率高，拉和壓的力差小，同樣力矩差也減小，改善了螺牙的工況。實(shí)際中，為彌補(bǔ)四組螺紋副的加工誤差和裝配誤差，不得不擴(kuò)大配合間隙，力差也相應(yīng)擴(kuò)大，但螺牙所受彎矩也加大，提高了疲勞破壞的概率。力差范圍在10%～25%。圖14為螺紋副軸向配合間隙0.15 mm的兩側(cè)面受力簡圖，首牙力矩差為22%，第二牙為17%，第三牙為16%，第四牙為13%，第五牙為11%，力矩差與力差逐步遞減。

圖13 拉桿螺紋副螺牙的受力及彎曲的作用簡圖

圖14 拉桿調(diào)模螺牙受力圖

4.8.1 螺牙的線彈性斷裂力學(xué)要素的彎曲強(qiáng)度要素的設(shè)計研究

根據(jù)上節(jié)對螺紋副的力學(xué)性能分析，首牙的受彎矩差最大，首牙為脈動循環(huán)彎曲剪切應(yīng)力極限的設(shè)計研究對象。

4.8.1.1 螺牙的脈動循環(huán)彎曲剪切應(yīng)力

外螺紋螺牙的脈動循環(huán)彎曲剪切應(yīng)力：

內(nèi)螺紋螺牙的脈動循環(huán)彎曲剪切應(yīng)力：

式中：

λ——作用于螺牙上的力矩差率，根據(jù)上節(jié)分析，首牙為22%；

h——螺牙的工作高度，三角螺紋h=0.54T，梯形螺紋h=0.5T，鋸齒形螺紋h=0.75T。

d1——外螺紋底徑；

b——螺紋根部工作寬度，三角螺紋b=0.75T，梯形螺紋b=0.634T，鋸齒形螺紋b=0.736T。

D1——內(nèi)螺紋底徑。

4.8.1.2 螺牙許用脈動循環(huán)彎曲剪切屈服強(qiáng)度極限

螺牙彎曲承載能力綜合系數(shù)包括螺紋的有效應(yīng)力系數(shù)、牙根部粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù)、強(qiáng)化方法的表面質(zhì)量系數(shù)，根據(jù)式（46）的原則，螺牙的承載能力的綜合系數(shù)k4：

螺牙的許用脈動循環(huán)彎曲剪切屈服極限：

式（42）代入式（67）：

4.8.1.3 螺牙的線彈性斷裂力學(xué)的彎曲強(qiáng)度要素的實(shí)例分析

以例1為例。拉桿固定端的螺母，材料QT500-7，ZHBS170，拉伸強(qiáng)度σb=3.45×170 =586 MPa，螺紋M70×4。螺紋根部的粗糙度Ra=3.2 μm，由表2，表面質(zhì)量系數(shù)0.85。尺寸系數(shù)0.65。螺紋不作強(qiáng)化。螺紋理論應(yīng)力系數(shù)2.06，材料敏感系數(shù)0.3。

由式（65），螺牙首牙受作用力：

螺紋根部工作寬度：

b=0.75T=0.75×0.4=0.3 cm

螺紋工作高度。固定螺母孔口從中徑內(nèi)到20°角，首牙的工作高度為整牙工作高度的一半：

h=0.5×0.54T=0.5×0.54×0.4=0.108 cm

螺母螺紋底徑：

D=7 cm

由式（64），螺牙彎曲剪切應(yīng)力：

由式（46），有效應(yīng)力集中系數(shù)；

κ=1+q(α-1)=1+0.3(2.06-1)=1.318

螺牙的彎曲卸載能力的綜合系數(shù)與直徑的尺寸系數(shù)無關(guān)，由式（66），根據(jù)拉桿固定螺母的實(shí)際，承載能力的綜合系數(shù)k5：

由式（8）原理，螺牙的脈動循環(huán)彎曲剪切應(yīng)力強(qiáng)度因子校核：

校核說明，螺牙的彎曲剪切應(yīng)力不影響微裂紋穩(wěn)定性，實(shí)際也證明了理論分析的結(jié)論。

4.8.2 螺牙的線彈性斷裂力學(xué)要素的擠壓強(qiáng)度要素的設(shè)計研究

拉桿螺母副的擠壓咬合。咬合面表面黏合，一般螺牙都沒有彎曲變形，可見由于擠壓疲勞應(yīng)力超過疲勞極限，接觸表面硬度大的顆粒滲入硬度較低的對立面，黏合形成咬合。調(diào)模螺紋副咬合，嚴(yán)重降低了螺牙的原有的表面質(zhì)量系數(shù)，構(gòu)件疲勞強(qiáng)度下降，萌發(fā)斷裂因數(shù)。

注塑機(jī)拉桿螺紋副螺牙的擠壓分兩種工況：拉桿固定端螺紋副裝配后，螺釘壓緊壓板（見圖1），強(qiáng)制把拉桿螺母與拉桿螺紋壓緊，運(yùn)行中基本處于靜壓狀態(tài)；拉桿調(diào)模端螺紋副無壓緊力，螺紋副運(yùn)行中處于脈動循環(huán)擠壓，對疲勞強(qiáng)度有特殊要求。兩者的擠壓強(qiáng)度值的處理不一樣，表面強(qiáng)化處理要求也不同。

拉桿螺紋副在鎖緊狀態(tài)下，擠壓應(yīng)力達(dá)到最高，當(dāng)構(gòu)件的靜強(qiáng)度極限小于擠壓應(yīng)力，表面硬度高的一方的凸起的微粒對表面硬度低的一方產(chǎn)生彈性擠壓，并崁入對方，形成凹坑，成為運(yùn)轉(zhuǎn)后的劃痕磨損的源頭。一旦出現(xiàn)劃痕磨損，螺牙表面的質(zhì)量系數(shù)下降，疲勞強(qiáng)度同樣下降，線彈性斷裂力學(xué)要素得不到質(zhì)的保證，成為斷裂的萌芽。

4.8.2.1 螺牙的擠壓應(yīng)力

螺牙的擠壓應(yīng)力：

式中:

d2——螺紋中徑。

4.8.2.2 螺牙的許用擠壓強(qiáng)度極限

螺牙的擠壓綜合系數(shù)主要與強(qiáng)化方法的表面質(zhì)量系數(shù)相關(guān)，承載能力的綜合系數(shù)k6：

拉桿調(diào)模端的螺牙的擠壓強(qiáng)度為脈動循環(huán)拉伸強(qiáng)度的2倍：

拉桿固定端的螺牙擠壓強(qiáng)度采用靜壓擠壓強(qiáng)度：

式（72）中σS為屈服強(qiáng)度。

螺牙許用脈動循環(huán)擠壓強(qiáng)度極限：

4.8.2.3 螺牙的線彈性斷裂力學(xué)要素的擠壓強(qiáng)度要素的實(shí)例分析

以例1為例分析首牙的擠壓力學(xué)性能。

（1）拉桿固定螺母的螺牙的擠壓力學(xué)參數(shù)

由式（69），首道牙的擠壓應(yīng)力：

擠壓強(qiáng)度與直徑的尺寸系數(shù)無關(guān)，由式（70），承載能力的綜合系數(shù)：

擠壓強(qiáng)度。拉桿固定螺母螺牙在屈服強(qiáng)度極限范圍內(nèi)運(yùn)行，由式（72），擠壓強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度：

由式（69），許用擠壓應(yīng)力極限：

固定螺母螺牙擠壓強(qiáng)度的應(yīng)力強(qiáng)度因子的校核：

由式（8）的判據(jù)，拉桿固定端的螺紋副擠壓應(yīng)力不影響微裂紋穩(wěn)定性，實(shí)際也證明了理論分析的結(jié)論。

（2）拉桿調(diào)模螺母的螺牙的擠壓力學(xué)參數(shù)

根據(jù)式（69）原理，拉桿調(diào)模螺母首牙的擠壓應(yīng)力：

螺牙表面氮化，螺紋為高應(yīng)力集中，由表2，強(qiáng)化表面質(zhì)量系數(shù)取1.8，由式（70）原理，承載能力的綜合系數(shù)：

k7=βq=1.8

根據(jù)式（71）原理，擠壓應(yīng)力極限：

由式（73），許用擠壓應(yīng)力：

調(diào)模螺母螺牙擠壓強(qiáng)度的應(yīng)力強(qiáng)度因子的校核：

由式（8）的判據(jù)，拉桿調(diào)模端的螺紋副擠壓應(yīng)力不影響微裂紋穩(wěn)定性，實(shí)際也證明了理論分析的結(jié)論。

（3）擠壓力學(xué)性能設(shè)計存在問題及研發(fā)重點(diǎn)

上面對調(diào)模螺母擠壓力學(xué)性能的實(shí)例分析中說明，如沒有氮化，許用擠壓強(qiáng)度為331 MPa，小于407 MPa，出現(xiàn)靜強(qiáng)度小于擠壓應(yīng)力，調(diào)模螺紋副運(yùn)轉(zhuǎn)后，表面產(chǎn)生劃痕磨損，同時拖拽接觸面間擠壓產(chǎn)生的微粒等磨損源，較堅硬的微凸體相當(dāng)于犁刀，對較軟表面劃痕，并產(chǎn)生磨粒。磨粒運(yùn)行導(dǎo)致摩擦副表面溫度升高，金屬表層發(fā)生軟化甚至熔化、焊合，如得不到及時處理，導(dǎo)致咬合而不能運(yùn)行。事實(shí)也證明了這一點(diǎn)，現(xiàn)在調(diào)模螺母的螺牙表面普遍氮化，并且重視粗糙度的質(zhì)量，大幅度降低了調(diào)模擠壓失效的故障率。

4.9 拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的質(zhì)量控制

拉桿組件斷裂力學(xué)要素內(nèi)涵多方面的分支要素，波動系數(shù)直接與安全系數(shù)均值相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量參數(shù)直接與許用脈動循環(huán)強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量參數(shù)及被動系數(shù)得不到有效控制，后續(xù)的設(shè)計都是不可靠的。斷裂力學(xué)要素涉及到金屬冶煉、熱處理、金加工、表面強(qiáng)化處理、裝配調(diào)試、理化檢測、質(zhì)量監(jiān)控等，每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量需達(dá)到斷裂力學(xué)要數(shù)規(guī)定的設(shè)計參數(shù)及波動系數(shù)，才能獲得滿意的結(jié)果。

4.9.1 粗糙度質(zhì)量系數(shù)與拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的關(guān)聯(lián)研究

粗糙度直接與表面質(zhì)量的穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)。粗糙度差，調(diào)模螺紋副接觸點(diǎn)的摩擦切應(yīng)力大，首先磨損，表層一旦磨損，表面硬度層的硬度急速下降，耐磨功能逐漸失效，磨損速率加速，接觸應(yīng)力增加，單一的摩擦切應(yīng)力磨損轉(zhuǎn)化為摩擦切應(yīng)力和接觸應(yīng)力的復(fù)合磨損，磨損區(qū)域以接觸點(diǎn)為中心的圓弧狀并加速擴(kuò)大，疲勞強(qiáng)度急速下降，并導(dǎo)致咬合失效。

粗糙度與疲勞強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)。拉桿表面普遍采用鍍鉻。粗糙度差，電鍍時雖然覆蓋上了，但卻是搭橋過去的，中間是串的，事后浸入的酸作怪，很快就從里向外腐蝕并成塊剝落；在電鍍過程中使氫析集，形成氧氣氣泡，造成鍍層結(jié)合不牢，這就能很好解釋為什么有的拉桿外部涂有油脂，水氣一時無法浸入，但在車間不到一個月又銹蝕的原因。

4.9.2 熱處理質(zhì)量與拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的關(guān)聯(lián)研究

球墨鑄鐵的力學(xué)參數(shù)直接與熱處理質(zhì)量關(guān)聯(lián)。從對拉桿螺母的斷裂力學(xué)要素的研究中，表明拉桿螺母的強(qiáng)度要求高，強(qiáng)大的波動對安全系數(shù)均值的影響較大，而球墨鑄鐵的熱處理質(zhì)量系數(shù)波動較大，甚至同一爐澆鑄的珠光體的含量相差較大，給強(qiáng)度精度帶來十分不利的影響。表4為不同珠光體含量、不同球化率的球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度對比表。

表 4 珠光體加鐵素體基球墨鑄鐵抗拉強(qiáng)度

4.9.3 表面強(qiáng)化處理質(zhì)量系數(shù)與拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的關(guān)聯(lián)研究

拉桿鍍鉻是對拉桿表面處理的通用強(qiáng)化處理。鍍鉻對疲勞強(qiáng)度有損害，質(zhì)量控制差，對疲勞強(qiáng)度損害更嚴(yán)重，嚴(yán)重的可降低50%的疲勞強(qiáng)度，這樣，就會大幅提高拉桿組件斷裂的概率。有的單位為提高生產(chǎn)效率，采用大電流鍍鉻，這樣，析出氫就多，進(jìn)入桿件基體的氫也多，會產(chǎn)生更多氣泡，同時表面應(yīng)力也大，但不密實(shí)，易產(chǎn)生裂紋與剝落，損害疲勞強(qiáng)度。大直徑的40Cr材料拉桿，一般采用鍛件，回火溫度低，不能很好地消除鍛件應(yīng)力，殘余應(yīng)力是產(chǎn)生微裂紋的根源之一。由內(nèi)部應(yīng)力造成的電鍍時必然會折出鍍液中的氫，析出的氫一部分進(jìn)入人氣，也有一部分進(jìn)入母材中，如果未及時地將進(jìn)入到母材中的氫驅(qū)除掉．就會在以后的加工過程中或安裝中或使用中產(chǎn)生氫脆裂紋，這些裂紋將破壞鍍層的結(jié)合力造成鍍層剝落。圖15為拉桿表面強(qiáng)化處理簡圖。

4.9.4 金加工質(zhì)量與拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的關(guān)聯(lián)研究注塑機(jī)三塊模板的拉桿孔的位置度有嚴(yán)格的要求，有的企業(yè)為降低投入，用精度不高的普通機(jī)床加工，位置度精度差，裝配時已給拉桿組件增加了附加負(fù)載，使設(shè)計的力學(xué)參數(shù)失真，附加了斷裂力學(xué)要素。

4.9.5 材料與拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)要素的關(guān)聯(lián)研究

當(dāng)經(jīng)受較高的應(yīng)力/ 應(yīng)變幅時，裂紋經(jīng)常萌生于晶界處。材料晶粒尺寸越大，晶界上的應(yīng)變量和堆積的位錯就越大，就越容易形成裂紋。拉桿材料一般為40Cr/40CrMo，單從材料的強(qiáng)度上，兩者大致相同，后者由于含有鉬的成分，熱處理后晶粒更細(xì)化與均勻，不易形成裂紋。45鋼晶粒尺寸較大，更易形成裂紋而斷裂。

圖15 拉桿表面強(qiáng)化處理簡圖

5 拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋失穩(wěn)的案例的分析研究

某鎖模力1 280 kN注塑機(jī)，拉桿組件的斷裂失效概率較高，主要是拉桿固定端的螺紋段斷裂、拉桿固定螺母錐面出斷裂。

拉桿組件的構(gòu)件技術(shù)條件簡介。拉桿材料40Cr，THB245。拉桿主體直徑也為7 cm，表面鍍鉻，精磨Ra0.8；固定端的螺紋M68×3，底徑 6.5 cm，Ra3.2；調(diào)模端的螺紋 Tr70×4,螺紋底徑6.6 cm，Ra1.6。螺紋未作滾壓的表面處理。卸載段直徑5 cm。螺母材料QT500-7，HBS170。拉桿固定螺母（外形見圖1）錐面的首牙處壁厚為0.35 cm。

5.1 拉桿組件的線彈性斷裂失效的分析思路

該注塑機(jī)的拉桿組件幾乎都在額定鎖模力工況下運(yùn)行較長時期后發(fā)生，表明拉桿組件在額定負(fù)載下的疲勞強(qiáng)度不夠。根據(jù)本文對拉桿組件的線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素的分析研究表明，首先從三個要素的理論上進(jìn)行分析，是否存在設(shè)計缺陷。如果在理論分析上沒有存在缺陷，說明在材料、加工等質(zhì)量系數(shù)偏離了設(shè)計所規(guī)定的波動范圍，那就必須在質(zhì)量管理上進(jìn)行提高。

如果理論上分析沒有缺陷，那就必然是材料及加工的質(zhì)量系數(shù)達(dá)不到設(shè)計的要求，通過必要的手段進(jìn)行質(zhì)量檢測，尋找原因，加以改進(jìn)。如果本身理論上行不通，就無需進(jìn)行檢測。

5.2 拉桿線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定性能分析

5.2.1 承載能力的綜合系數(shù)

（1）卸載段的承載能力的綜合系數(shù)

拉桿卸載段表面質(zhì)量系數(shù)：βσ=1，βq=0.9，βc=0.75，εσ=1，κ=1。

承載能力的綜合系數(shù)k1：

（2）螺紋段的承載能力的綜合系數(shù)

拉桿螺紋段表面質(zhì)量系數(shù)：βσ=85，βq=0.9，βc=0.65，κ=2.06。

承載能力的綜合系數(shù)k2：

5.2.2 安全系數(shù)均值的分析

拉桿承載能力及負(fù)載的波動系數(shù)與同例1，安全系數(shù)均值同例1。

（1）卸載段安全系數(shù)均值

（2）螺紋段安全系數(shù)均值

5.2.3 抗拉應(yīng)力強(qiáng)度因子校核

拉桿THB245，抗拉強(qiáng)度：

σb=3.5×245=858 MPa

（1）拉桿卸載段的抗拉應(yīng)力強(qiáng)度因子校核卸載段的抗拉應(yīng)力極限：

由式（36），拉桿卸載脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度：

由式（10），卸載段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限及應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)校核：

由式（8）應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)，卸載段在額定鎖模力下，負(fù)載應(yīng)力強(qiáng)度因子過大，微裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，達(dá)不到脈動循環(huán)運(yùn)行的壽命系數(shù)要求。如果負(fù)載為額定負(fù)載的90%，能夠達(dá)到脈動循環(huán)運(yùn)行的壽命系數(shù)。

（2）拉桿螺紋段的抗拉應(yīng)力強(qiáng)度因子校核拉桿螺紋段的抗拉應(yīng)力極限：

由式（41），螺母脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度：

σu=0.394σb=0.394×612=241 MPa

由式（11），拉桿螺紋段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限及應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)校核：

拉桿螺紋段與卸載段存在同樣的壽命系數(shù)問題。如果負(fù)載為額定負(fù)載的70%，能夠達(dá)到脈動循環(huán)運(yùn)行的壽命系數(shù)。

5.2.4 卸載段與螺紋段的壽命系數(shù)分析

8.2.3 節(jié)的應(yīng)力強(qiáng)度因子的分析表明，卸載段和螺紋段的負(fù)載應(yīng)力強(qiáng)度因子均達(dá)不到微裂紋穩(wěn)定的判據(jù)要求，所以卸載段不存在卸載能力。根據(jù)3.1.2節(jié)的分析理論，可根據(jù)兩者各自的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限和抗拉應(yīng)力極限之比進(jìn)行壽命系數(shù)的分析，兩者的比例系數(shù)均小于1，比例系數(shù)小的部位，說明強(qiáng)度小，壽命系數(shù)短，首先發(fā)生斷裂，比例系數(shù)大的部位因比例系數(shù)小的部位斷裂，不會發(fā)生斷裂。

螺紋段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

卸載段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比：

應(yīng)力強(qiáng)度因子的比較：

根據(jù)式（9）應(yīng)力強(qiáng)度因子判據(jù)，兩者均達(dá)不到各自許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限的應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)要求。拉桿螺紋段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度與抗拉應(yīng)力極限之比為0.70，小于拉桿卸載段的許用脈動循環(huán)強(qiáng)度與抗拉應(yīng)力之比為0.90，說明裂紋斷裂首先發(fā)生在螺紋段，而不會在卸載段，事實(shí)證明了以上的理論分析結(jié)論。

5.2.5 拉桿線彈性斷裂力學(xué)要素的科技進(jìn)步措施及效果

上面從斷裂力學(xué)要素角度對拉桿螺紋段斷裂做了理論分析，表明理論設(shè)計缺陷是造成拉桿螺紋段疲勞斷裂的首要因數(shù)。根據(jù)3.1.2節(jié)的拉桿微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的卸載性能的判據(jù)理論及式（9）的判據(jù)公式，采取以下科技進(jìn)步措施。

（1）拉桿螺紋段的科技進(jìn)步措施

螺紋段通過提高承載能力的綜合系數(shù)，達(dá)到提高許用脈動循環(huán)屈服極限，實(shí)現(xiàn)許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比大于1。

拉桿結(jié)構(gòu)上不容許螺紋外徑大于7 cm，最有效的技術(shù)措施是提高螺紋表面的質(zhì)量系數(shù)。螺紋表面滾壓可把質(zhì)量系數(shù)提高近2倍，在其余質(zhì)量系數(shù)不變情況下，如滾壓的強(qiáng)化質(zhì)量系數(shù)取1.8，螺紋底徑5.5 cm，即可滿足脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度的要求。螺紋表面滾壓后，由于承載能力的綜合系數(shù)由0.241提高到0.434，螺紋底徑由7.4 cm降低到5.8 cm，采用M68×3的螺紋，底徑6.5 cm。

（2）拉桿卸載段的科技進(jìn)步措施

卸載段通過降低負(fù)載應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比大于1，同時根據(jù)式（9），又小于螺紋段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與抗拉應(yīng)力極限之比，才能起到卸載性能的要求。

通過增大卸載段的直徑，降低負(fù)載應(yīng)力。根據(jù)螺紋底徑，卸載段的直徑小于6.5 cm，大于5 cm，取5.5 cm。

（3）科技進(jìn)步效果及判據(jù)的簡評

改進(jìn)后的螺紋段的許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限由67 MPa提高到120 MPa，許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限與應(yīng)力比為120/95=1.26；改進(jìn)后的卸載段的抗拉應(yīng)力163 MPa降低到135 MPa，許用脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度極限強(qiáng)度與應(yīng)力比為145/136=1.07。符合式（9）的判據(jù)。如微裂紋一旦失穩(wěn)，卸載段的微裂紋的單位能量大，擴(kuò)展速率高于螺紋段，表明卸載段能起到卸載螺紋段的負(fù)載能量。

傳統(tǒng)的卸載性能的設(shè)計理論，基于負(fù)載應(yīng)力比較作為判據(jù)，認(rèn)為卸載段的負(fù)載應(yīng)力大于螺紋段的負(fù)載應(yīng)力，卸載段能起到卸載螺紋段的應(yīng)力，本例中，改進(jìn)之前，卸載段的負(fù)載應(yīng)力極限163 MPa大于螺紋段的95 MPa，但斷裂出現(xiàn)在負(fù)載應(yīng)力低的螺紋段，而不是在負(fù)載應(yīng)力高的卸載段，說明兩者的負(fù)載應(yīng)力比較的設(shè)計理論是錯誤的。改進(jìn)后，卸載段的負(fù)載應(yīng)力極限135 MPa大于螺紋段的120 MPa，兩者的應(yīng)力極限差距減小，但卻不發(fā)生斷裂。以上事實(shí)進(jìn)一步印證了式（9）應(yīng)力強(qiáng)度因子判據(jù)的科學(xué)性。

5.3 拉桿螺母斷裂的線彈性斷裂力學(xué)的要素分析

5.3.1 微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子分析

拉桿固定螺母DS=7.5 cm，螺紋M68×3，D1=6.8 cm，=320 MPa。

螺母材料抗拉強(qiáng)度：

σb=3.5×170=612 MPa

由式（41），脈動循環(huán)屈服強(qiáng)度：

σu=0.394σb=0.394×612=241 MPa

由式（53），拉桿固定螺母承載能力的綜合系數(shù)：

由式（60），拉桿固定螺母抗拉應(yīng)力：

由式（62），拉桿螺母的許用交變循環(huán)屈服強(qiáng)度極限：

上述分析根據(jù)式（8）的微裂紋穩(wěn)定的應(yīng)力強(qiáng)度因子的判據(jù)，拉桿固定螺母脈動循環(huán)抗拉應(yīng)力大于許用脈動循環(huán)抗拉強(qiáng)度極限，表明固定螺母在額定負(fù)載情況下，發(fā)生疲勞微裂紋拉伸而形成宏觀裂紋的斷裂的概率很高，在額定負(fù)載70%的工況下能安全運(yùn)行，實(shí)際使用證明了這一結(jié)論。

5.3.2 拉桿螺母的線彈性斷裂力學(xué)要素的科技進(jìn)步措施

增加螺母壁厚是唯一降低抗拉應(yīng)力的有效措施，外徑由7.5 cm加大至8.5 cm，由式（51），抗拉應(yīng)力由90 MPa降低至35 MPa，小于許用交變循環(huán)屈服強(qiáng)度極限，達(dá)到微裂紋穩(wěn)定的判據(jù)的式（8）的要求。

以本例的調(diào)模螺母為例做進(jìn)一步說明，調(diào)模螺母壁厚大，負(fù)載應(yīng)力小，沒有斷裂的現(xiàn)象發(fā)生，按式（8）應(yīng)力強(qiáng)度因子校核：

校核說明，調(diào)模螺母的應(yīng)力強(qiáng)度因子符合微裂紋穩(wěn)定判據(jù)要求，不會發(fā)生斷裂，與實(shí)際相符。

6 結(jié)語

本文基于線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定的注塑機(jī)拉桿組件的工業(yè)設(shè)計理論，創(chuàng)建了拉桿組件的斷裂力學(xué)的設(shè)計理論，有助于預(yù)測和防止拉桿組件斷裂失效，提高拉桿組件的整體運(yùn)行壽命系數(shù)。

線彈性斷裂力學(xué)的微裂紋穩(wěn)定要素具有異動性，不同企業(yè)的制造環(huán)境不同，三個要素的具體參數(shù)也不同。設(shè)計者需根據(jù)本企業(yè)的制造環(huán)境，科學(xué)地確定三個因素的具體參數(shù)，突出企業(yè)化、個性化的設(shè)計，才能達(dá)到設(shè)計的標(biāo)的。以三要素為指針，設(shè)計拉桿組件各構(gòu)件的尺寸參數(shù)、工藝參數(shù)、制造參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)，應(yīng)力強(qiáng)度因子判據(jù)各構(gòu)件強(qiáng)度及相互關(guān)聯(lián)強(qiáng)度穩(wěn)定微裂紋的科學(xué)性、合理性，最終確定各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。

本文分析研究表明，提高拉桿組件的應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)鍵是承載能力的綜合系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)是首要，特別是螺紋表面的強(qiáng)化處理，而這卻是目前十分欠缺的技術(shù)要素。例如滾壓強(qiáng)化處理，既簡單又效果顯著地提高疲勞強(qiáng)度的技術(shù)，目前卻很少采用，主要是缺乏對線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)用于拉桿組件斷裂研究的重要性。

微裂紋穩(wěn)定的研究是一個十分復(fù)雜的課題，金相組織分析可以判斷疲勞失效與材質(zhì)的關(guān)系；宏觀組織分析可以判斷氣孔、裂紋等不連續(xù)性缺陷與斷裂源、斷裂路徑的關(guān)系；微觀組織分析可以用來研究斷口形貌與夾雜物、顯微組織之間的關(guān)系、二次裂紋的走向和分布等[6]。近年來隨著多尺度研究方法的深入，以及試驗(yàn)手段和顯微技術(shù)的提高，人們對微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展機(jī)理有了一定的認(rèn)識，微裂紋的研究得到了較大發(fā)展。微裂紋穩(wěn)定的計算機(jī)仿真作為一種先進(jìn)的研究手段，對金屬材料疲勞斷裂研究起到較大的促進(jìn)作用。

本文對拉桿組件的微裂紋穩(wěn)定與斷裂之間的因素關(guān)聯(lián)的研究，從一個側(cè)面對拉桿組件的斷裂因數(shù)做了粗淺的探討，僅供參考。

[1] 鐘群鵬，趙子華，張錚. 斷口學(xué)的發(fā)展及微觀斷裂機(jī)理研究[ J] .機(jī)械強(qiáng)度，2005，27(3)：358～370.

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Research and application on microcracks stable element of injection molding machine rod assembly based on linear elastic fracture mechanics (Part 2)

Research and application on microcracks stable element of injection molding machine rod assembly based on linear elastic fracture mechanics (Part 2)

Zhang Yougen, Cao Liang
(Ningbo Haida Plastic Machinery Co., Ltd., Ningbo 315200, Zhejiang, China)

Based on the microcracks theory of linear elastic fracture mechanics, the article analyzes the association between microcracks stability factors and fracture of the injection molding machine rod assembly. The article corrects traditional unsymmetrical cyclic movement mechanics characteristic of the rod assembly, and f rst proposes a new viewpoint of pulsation cyclic elasticity motion characteristics of the rod assembly, laying a theoretical foundation for the scienti f c use of microcracks stability tress intensity factor theory. The article creates a criterion theory of microcracks stability stress intensity factor, explains the mechanic factors of rod fracture, and provides the theoretical design basis of microcracks stability of performance unload. With examples, the article proposes industrial design theory and application principles of three elements, such as reliability safety factor mean value, integrated coef f cient of carrying capacity and pulsation cycle yield strength, presents design theory and determine principles of unload section diameter, threaded section bottom diameter and rod nut. The article studies the link among linear elastic fracture mechanical elements, elastic properties and quality control, explores quality elements R & D direction for increasing microcracks stability. The article uses innovative industrial design theory of linear elastic fracture mechanics elements of rod assemblies, to analysis fracture failure examples, and the article further describes that research of microcracks instability of linear elastic fracture mechanics factors is helpful to predict and prevent fractures of rod assemblies.

injection molding machine; rod assembly; linear elastic fracture mechanics; research; application

TQ320.5

1009-797X(2015)08-0017-12

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.08.003

張友根，男，教授級高級工程師，終生享受國務(wù)院政府特殊津貼，現(xiàn)主要從事塑料機(jī)械的科學(xué)發(fā)展工作。

2014-03-14

(XS-04)