带压开孔机的金属疲劳现象

带压开孔机的金属疲劳现象

带压开孔机的大部分的金属零件在带压开孔施工时受到的载荷是不断变化的，其中受到力的大小和方向都随时间发生周期性变化的应力，我们称为带压开孔机受到的交变应力；受到力的大小变化而方向不变的循环应力称为带压开孔受到的重复应力。交变应力和重复应力统称为循环应力。开孔机的钻杆、带压开孔刀及进刀总成等一些配件在受到循环应力作用时，在经过一定的循环周次后，往往在工作应力远小于抗拉强度（或屈服强度）的情况下，突然断裂，这种现象被称作带压开孔机的金属疲劳现象。据相关统计资料统计分析，各类断裂的现象中80%是因各种疲劳引起的。金属在什么条件下会产生疲劳呢？

不妨我们用铁丝做个实验，如果直着去拉它，那是很难被拉断或折断，但要是反复弯折，就很容易弄断。这种情况说明，像钢铁这样的金属，在反复变化的外力作用下，它的强度要比在不变外力的作用下小得多。

疲劳是带压开孔机在受到低应力循环延时断裂，使具有寿命的断裂。其断裂应力水平往往低于金属材料的抗拉强度甚至屈服强度。其断裂寿命随应力不同而变化,应力大,寿命短；应力小,寿命长。

疲劳时脆性断裂，一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以无论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前均不会发生塑性变形。因此，金属疲劳现象是一种潜在的突发性的断裂，其危险性在带压开孔工程施工中危害极大。

疲劳对带压开孔机金属表面的缺陷十分敏感，例如：带压开孔机的钻杆、带压开孔刀以及进刀总成等这些应力集中、缺口、裂纹、组织缺陷等。疲劳裂纹大多产生于带压开孔机配件的金属表面存在缺陷的薄弱区，接着裂纹不断扩展，当裂纹扩展到一定程度，这些经常受到应力的金属零件就会突然断裂。

疲劳极限是指金属材料经受无限次循环应力也不发生断裂的最大应力值。由于无限次应力循环后的疲劳试验难以实现，对于一般金属钢材，循环次数取10的7次方。非铁金属取10的8次方。腐蚀介质作用下取10的6次方。

带压开孔机所用的零配件中，金属材料的疲劳也受到材料本身的材质、材料表面的质量、工作条件、零件的形状和尺寸、表面残余应力等因素的影响，因此，一些价格较低，没有研发团队和劣质材料拼装、以及关键部件是由成本更低的铸件而成的带压开孔机存在着更为严重的天然缺陷。

带压开孔机的制造和使用中预防疲劳的方法有以下几种：

1、带压开孔机在初期设计时，其零件的形状、尺寸要合理，要避免尖角、缺口、截面突变等情况，因为这些地方容易引起应力集中而导致疲劳裂纹；如果伴随着尺寸的增加，带压开孔机中金属材料的疲劳极限降低；强度越高，这种疲劳极限下降的越明显。

2、要降低开孔机零配件的表面粗糙度，努力提高金属表面加工质量，减少因制造过程中产生的表面粗糙，因为疲劳源大多数位于零件的表面，所以应尽量减少表面缺陷，如氧化、脱碳、裂纹、夹杂等。减少表面加工损伤，如刀痕、磨痕、擦伤等。有一些无良的企业在铸造过程中零配件表面有缺陷，用一些腻子膏等糊住表面缺隐，然后喷漆。因此，在进行带压开孔机实地考察中，不要只看成品，一定要观察其半成品的加工过程。

3、带压开孔机的金属表面要进行强化处理，如渗碳、渗氮、表面淬火、喷丸、滚压等都可以有效地提高疲劳强度。这是因为表面强化处理不仅提高了表面疲劳极限，还在材料表面形成了具有一定深度的残余压应力。在带压开孔工程施工时，这部分压应力可以抵消部分拉应力，使实际承受的应力降低，从而提高疲劳极限。