汽車擋泥板倒裝式復合沖壓模具設計-落料沖孔含開題及12張CAD圖

汽車擋泥板倒裝式復合沖壓模具設計-落料沖孔含開題及12張CAD圖,汽車,擋泥板,倒裝,復合,沖壓,模具設計,沖孔,開題,12,十二,cad 譯文一 數(shù)控機床 雖然各種數(shù)控機床的功能和應用各不相同，但它們有著共同的優(yōu)點。這里是數(shù)控設備提供的比較重要的幾個優(yōu)點。 各種數(shù)控機床的第一個優(yōu)點是自動化程度提高了。零件制造過程中的人為干預減少或者免除了。整個加工循環(huán)中，很多數(shù)控機床處于無人照看狀態(tài)，這使操作員被解放出來，可以干別的工作。數(shù)控機床用戶得到的幾個額外好處是：數(shù)控機床減小了操作員的疲勞程度，減少了人為誤差，工件加工時間一致而且可預測。由于機床在程序的控制下運行，與操作普通機床的機械師要求的技能水平相比，對數(shù)控操作員的技能水平要求（與基本加工實踐相關）也降低了。 數(shù)控技術的第二個優(yōu)點是工件的一致性好，加工精度高?，F(xiàn)在的數(shù)控機床宣稱的精度以及重復定位精度幾乎令人難以置信。這意味著，一旦程序被驗證是正確的，可以很容易地加工出2個、10個或1000個相同的零件，而且它們的精度高，一致性好。 大多數(shù)數(shù)控機床的第三個優(yōu)點是柔性強。由于這些機床在程序的控制下工作，加工不同的工件易如在數(shù)控系統(tǒng)中裝載一個不同的程序而己。一旦程序驗證正確，并且運行一次，下次加工工件的時候，可以很方便地重新調用程序。這又帶來另一個好處—可以快速切換不同工件的加工。由于這些機床很容易調整并運行，也由于很容易裝載加工程序，因此機床的調試時間很短。這是當今準時生產制造模式所要求的。 運動控制—CNC的核心 任何數(shù)控機床最基本的功能是具有自動、精確、一致的運動控制。大多數(shù)普通機床完全運用機械裝置實現(xiàn)其所需的運動，而數(shù)控機床是以一種全新的方式控制機床的運動。各種數(shù)控設備有兩個或多個運動方向，稱為軸。這些軸沿著其長度方向精確、自動定位。最常用的兩類軸是直線軸（沿直線軌跡）和旋轉軸（沿圓形軌跡）。 普通機床需通過旋轉搖柄和手輪產生運動，而數(shù)控機床通過編程指令產生運動。通常，幾乎所有的數(shù)控機床的運動類型（快速定位、直線插補和圓弧插補）、移動軸、移動距離以及移動速度（進給速度）都是可編程的。 數(shù)控系統(tǒng)中的CNC指令命令驅動電機旋轉某一精確的轉數(shù)，驅動電機的旋轉隨即使?jié)L珠絲杠旋轉，滾珠絲杠將旋轉運動轉換成直線軸（滑臺）運動?；_上的反饋裝置（直線光柵尺）使數(shù)控系統(tǒng)確認指令轉數(shù)已完成，參見圖1。 圖1 普通的臺虎鉗上有著同樣的基本直線運動，盡管這是相當原始的類比。旋轉虎鉗搖柄就是旋轉絲杠，絲杠帶動虎鉗鉗口移動。與臺虎鉗相比，數(shù)控機床的直線軸是非常精確的，軸的驅動電機的轉數(shù)精確控制直線軸的移動距離。 軸運動命令的方式--理解坐標 對CNC用戶來說，為了達到給定的直線移動量而指令各軸驅動電機旋轉多少轉，從而使坐標軸運動，這種方法是不可行的。（這就好像為了使鉗口準確移動1英寸需要計算出臺虎鉗搖柄的轉數(shù)?。┦聦嵣?，所有的數(shù)控系統(tǒng)都能通過采用坐標系的形式以一種較為簡單而且合理的方式來指令軸的運動。數(shù)控機床上使用最廣泛的兩種坐標系是直角坐標系和極坐標系。目前用得較多的是直角坐標系。 編程零點建立數(shù)控程序中運動命令的參考點。這使得操作員能從一個公共點開始指定軸運動。如果編程零點選擇恰當，程序所需坐標通?？蓮膱D紙上直接獲得。 如果編程員希望刀具移動到編程零點右方1英寸（25.4毫米）的位置，則用這種方法指令X1.0即可。如果編程員希望刀具移動到編程零點上方1英寸的位置，則指令Y1.0。數(shù)控系統(tǒng)會自動確定（計算）各軸驅動電機和滾珠絲杠要轉動多少轉，使坐標軸到達指令的目標位置。這使編程員以非常合理的方式命令軸的運動，參見圖2和圖3. 理解絕對和相對運動 至此，所有的討論都假設采用的是絕對編程方式。用于指定絕對方式的最常用的數(shù)控代碼是G90。絕對方式下，所有運動終點的指定都是以編程零點為起點。對初學者來說，這通常是最好也是最容易的指定軸運動終點的方法，但還有另外一種指定軸運動終點的方法。 增量方式（通常用G91指定）下，運動終點的指定是以刀具的當前位置為起點，而不是編程零點。用這種方法指定軸運動，編程員往往會問“我該將刀具移動多遠的距離？”，盡管增量方式多數(shù)時候很有用，但一般說來，這種方法指定軸運動較麻煩、困難，初學者應該重點使用絕對方式。 圖2 圖3 指令軸運動時一定要小心。初學者往往以增量方式思考問題。如果工作在絕對方式（初學者應該如此），編程員應始終在問“刀具應該移動到什么位置？”，這個位置是相對于編程零點這個固定位置而言，而不是相對于刀具當前位置。 絕對工作方式很容易確定指令當前位置，除此之外，它的另外一個好處涉及軸運動中的錯誤。絕對方式下，如果程序的一個軸運動指令出錯，則只有一個運動是不正確的。而另一方面，如果在增量運動過程中出錯，則從出錯的那一點起，所有的運動都是不正確的 指定編程零點 記住必須以某種方式對數(shù)控系統(tǒng)指定編程零點的位置。指定編程零點的方式隨數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的不同而很不相同。（較老的）一種方法是在程序中指定編程零點。用這種方法，編程員告訴數(shù)控系統(tǒng)從編程零點到機床起始點的距離。通常用G92（或G50)在程序的一開始指定，很可能在各把刀具的開頭指定編程零點。 另一種較新、更好的指定編程零點的方法是通過偏置的形式，見圖4。通常，加工中心上用于指定編程零點的偏置被稱作夾具偏置，車削中心上用于指定編程零點的偏置被稱作刀具幾何偏置。 圖4 柔性制造單元 柔性制造單元（FMC）被認為是柔性制造子系統(tǒng)。以下是FMC和FMS之間的區(qū)別： 1. FMC不受中央計算機的直接控制，中央計算機發(fā)出的指令被傳送到單元控制器。 2. FMC能制造的零件族的數(shù)目有限。 FMC一般由下列部分組成： ．單元控制器 ．可編程邏輯控制器（PLC） ．一臺以上的機床 ．物流設備（機器人或托盤） FMC按順序對零件流執(zhí)行固定的加工操作。 高速加工 術語“高速加工(HSM)”一般是指在高轉速和大進給量下的立銑。例如，以很高的金屬切除率對鋁合金飛機翼架的凹處進行切削。切削用量定義和公式見圖5。在過去的60年中，高速加工己經廣泛應用于金屬與非金屬材料，包括有特定表面形狀要求的零件生產和硬度高于或等于HRC 50的材料切削。對于大部分淬火到約為HRC 32-42的鋼零件，當前的切削選項包括： 圖5 ．在軟（退火）工況下材料的粗加工和半精加工 ．達到最終硬度要求為HRC 63的熱處理 ．模具行業(yè)的某些零件的電極加工和放電加工(EDM)（特別是金屬切削刀具難以加工的小半徑圓弧和 深凹穴） ．用適合的硬質合金、金屬陶瓷、整體硬質合金、混合陶瓷或多晶立方氮化硼（PCBN）刀具進行的圓柱／平面／凹穴表面的精加工和超精加工。 對于許多零件，生產過程牽涉到這些選項的組合，在模具制造案例中，它還包括費時的精加工，結果導致生產成本高和準備時間長。 在模具制造業(yè)中典型的是僅生產一個或幾個同一產品。生產過程中產品的設計不斷改變，由于產品改變，模具制造中需要測量與反求工程。 加工的主要標準是模具的尺寸和表面粗糙度方面的質量水平。如果加工后的質量水平低，不能滿足要求，就需手工精加工。手工精加工可產生令人滿意的表面粗糙度，但是對尺寸和幾何精度總是產生不好的影響。 模具制造業(yè)的主要目標之一，一直是并且仍然是減少或免除手工拋光，從而提高質量、降低生產成本和縮短準備時間。 高速加工發(fā)展的主要經濟和技術因素 生存 日益激烈的市場競爭導致不斷設立新的標準，對時間和成本效率的要求越來越高，這就迫使新工藝和生產技術不斷發(fā)展。高速加工提供了希望和解決方案…… 材料 新型難加工材料的開發(fā)迫切需要尋找新的切削解決方案。航空航天業(yè)使用耐熱合金鋼和不銹鋼，汽車工業(yè)使用了不同的雙金屬材料、小石墨鑄鐵，并增加了鋁的用量。模具制造業(yè)必須面對切削高硬度的淬火鋼的問題，從粗加工到精加工。 質量 對質量的高要求是空前激烈競爭所導致的結果。高速加工如果使用得正確，可以在這個領域提供一些解決方案。替代手工精加工是一個例子，這對有復雜3D幾何形狀的模具尤為重要。 工藝 通過減少裝卡次數(shù)和簡化物流（后勤）來縮短產品產出時間的要求在大部分情況下可由高速加工解決。模具制造業(yè)內的一個典型目標是在一次裝卡中完成所有完全淬火小零件的切削。使用高速切削，可以減少和免除費時、費錢的放電加工（EDM) 。 設計與發(fā)展 如今競爭中的主要方法之一是銷售新奇的產品?，F(xiàn)在小汽車的平均生命周期是4年，計算機和配件1年半，手機3個月……這種快速的產品設計周期和開發(fā)周期的先決條件是高速切削技術。 復雜產品 零件多功能表面增加了，例如新設計的渦輪機葉片有新的、優(yōu)化的功能與特性。早期的設計允許用手工或機器人（機械手）來拋光。新型、形狀復雜的渦輪葉片必須通過切削來完成精加工，最好是用高速切削完成。薄壁工件必須用切削進行精加工的例子越來越多（醫(yī)療設備、電子、國防產品、計算機零件）。 產品設備 切削材料、刀柄刀具、機床、數(shù)控系統(tǒng)，特別是CAD/CAM功能和設備的巨大發(fā)展己經使采用新的生產方法和技術成為可能和必須。 高速加工的原始定義 1931年Salomon的高速加工理論獲得了一項德國專利，他認為“在高于常規(guī)切削速度5-10倍的切削速度下，刀刃的切削溫度將開始下降……”。見圖6。 圖6 由以上得出結論：“……用常規(guī)刀具以高切削速度加工，從而提高生產率，這是可能的……” 可惜，現(xiàn)代研究還沒能全面驗證這個理論。對于不同的材料，從某一切削速度開始切削刃上的溫度有所降低。 對于鋼和鑄鐵來說，這種溫度降低不大。但是對鋁和其他非金屬來說則是大的。高速切削的定義必須依據(jù)其他因素。 按照現(xiàn)在的技術，普遍認為“高速”，是指表面速度在1-10千米／分鐘（km/min )，或者約3300-33000英尺/分鐘（ft/min）0 10千米／分鐘以上的速度屬于超高速范疇，還在實驗室金屬切削范圍。顯然，獲得這些表面切削速度所要求的主軸轉速直接與使用的刀具直徑有關。當前較顯著的趨勢是采用大直徑刀具—這對刀具的設計有著重要的啟發(fā)。 關于高速切削的定義，存在許多觀點、許多謎團和許多不同的方法。 機床維護和故障診斷 圖7 以下是臥式加工中心（如圖7所示）的常規(guī)維護事項，有保養(yǎng)頻率、冷卻液容量與類型。為了使機床工作正常，保護保修權利，用戶必須遵守這些必要的規(guī)范。 每日保養(yǎng) ．每8小時班應加滿冷卻液（尤其在大量使用主軸中心孔冷卻液時） ．檢查導軌潤滑油箱液位。 ．清理導軌防護罩和底板上的鐵屑。 ．清理換刀裝置上的鐵屑。 ．用干凈的布毯清潔主軸錐孔，并涂上清油。 每周保養(yǎng) 圖8 ．檢查過濾調節(jié)器自動排出口是否正常工作，見圖8 ．對于帶主軸中心孔冷卻（TSC）的機床，清理冷卻箱上的鐵屑收集籃。 ．卸下冷卻箱蓋子，清除其中的沉淀物。注意要關閉冷卻液泵，處理冷卻箱前要切斷數(shù)控系統(tǒng)電源。對無TSC的機床每月做一次這個工作。 ．檢查氣壓表／調節(jié)器為85磅／平方英寸（0.6MPa ) ．根據(jù)機床規(guī)格檢查液壓平衡壓力。 ．涂少量油脂于換刀裝置機械手的外邊沿，并對全部刀具都用機械手換一遍。 每月保養(yǎng) ．檢查齒輪箱中的油位。將油加到油開始從廢油罐底部的溢流管滴出為止。 ．清理托盤底部的襯墊。 ．清理A軸和上料工位上的定位墊。此項操作需卸下托盤。 ．檢查導軌防護罩是否正常運行，必要時用清油潤滑。 每半年 ．更換冷卻液，徹底清洗冷卻箱。 ．檢查所有軟管和潤滑管路是否破裂。 每一年 ．更換齒輪箱潤滑油。從齒輪箱中將油排盡，慢慢注入2夸脫（1.9 L）的美孚DTE 25潤滑油。 ．檢查潤滑油過濾器，清除過濾器底部的殘余物。 每兩年更換控制箱上的空氣過濾器。 故障診斷 本文旨在確定一個己知問題的解決方案。所提供的解決方法用于給數(shù)控機床維修人員一個可遵循的模式，首先，確定問題的根源，其次，解決問題。 利用常識 通過正確判斷當時的故障情況，許多問題很容易解決。所有機床操作都是由程序、刀具和加工方法組成。在認定一個故障之前，首先看看這3項工作情況。如果由于鏜桿過長使得鏜刀振動，不要指望機床修復這種故障。 如果虎鉗將工件壓彎，不要懷疑機床精度。如果不打中心孔，不要斷定是孔定位不準。 首先發(fā)現(xiàn)問題 很多機械師在問題清楚之前總是指責這不好那不好，事實上，所有包修返回零件中有一半以上工作良好。如果主軸不轉，要記住主軸與齒輪箱相連，齒輪箱與主軸電機相連，主軸電機由主軸驅動裝置控制，主軸驅動裝置與I/0板相連，I/0板由MOCON模塊控制，MOCON由中央處理器控制。這里意思是說，如果皮帶斷了，不要更換主軸驅動裝置。發(fā)現(xiàn)問題是第一位的，不要只更換最易操作的部件。 不要胡亂修改機床 這臺機床上有成百上千個參數(shù)、電線、開關等可以改變。不要隨意更換部件和修改參數(shù)。記住，如果在維修過程中修改參數(shù)、線路等，很可能安裝出錯或破壞其他元件?？紤]一下更換處理器板吧！首先，必須下載所有參數(shù)，卸下一大堆插頭，更換線路板，重新連接，重新裝載參數(shù)，如果出錯或弄彎一個小插腳，系統(tǒng)便不工作。在機床上維修時，總要考慮損壞機床的風險，決定更換之前應對可疑件作再次檢查，這是一種廉價的保險措施。在機床上做的維修越少越好。 譯文二 鼓式制動器和制動盤的非線性分析 制動器是小車和卡車中的安全部分。要求不但在性能上而且在舒適上，可靠性和工作壽命要高而且要提高。今天的最佳制動器系統(tǒng)的設計是被用在以有限元方法為附加計算基礎上。對于各種制動系統(tǒng)，鼓式制動和盤式制動，制動器的不同部分也就是制動器接觸再摩擦材料上，主體部分和制動鉗可以被模擬。這篇論文將給出2個例子：拖車的制動鼓和典型的客車用盤式制動器。主要待解決的問題是對于摩擦片和主體部分（鼓和盤）的分布接觸力的計算。接觸問題包括摩擦和被用來解決的分析軟件ADINA7.1。在制動壓力加載后，在軸上的旋轉時刻會不斷提高直到鼓或盤各自從粘著到滑動狀態(tài)的改變。被發(fā)現(xiàn)這個求解器是很高效的對于這個復雜的非線性問題。結果包括應力分布變化，接觸壓力和哪些接觸區(qū)域是粘著的哪些是滑行狀態(tài)的顯示。#1999Elsevier Science Ltd所有權保留。 1． 引言 1.1制動器的構造 制動器在小車被期望在一個最小服務狀態(tài)下有效地工作。制動器的目的是減少速度或者當車輛在下坡中保持它的速度。然而通常制動器的設計還有待評估。在制動時，大量的能量在一個短時期內被轉化。這被事實所強調，通常制動時的能量是高于引擎能量的好幾倍。 在小車和卡車中是使用不同的制動系統(tǒng)。這篇論文只是考慮摩擦中的輪式制動器?？傮w來說，2種設計形式被用到：盤式和鼓式制動。被用在汽車工業(yè)上要求是很嚴格的。這個要求也是隨著以后的輕量化的發(fā)展和更環(huán)保的小車而一同提高。這對有效地制動系統(tǒng)計算方法有很好的支持作用。對于這個目的有限元方法是一種理想的工具。它很適合分析各種應力和溫度。在這論文中接觸問題是指盤式制動和鼓式制動。例如用于卡車的鼓式制動器和用于小型客車的盤式制動器。 為了轉化運動時速度的能量成熱量，摩擦制動器通常裝個每一個車輛的輪子上。接觸區(qū)域是熱量的起點。然后冷卻的面把熱傳送到環(huán)境中。 然而接觸面上的熱高達到9008C(16508F) 。為了正常的運轉，以下的規(guī)則必須遵循： 高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù) 好的熱容量 好的摩擦系統(tǒng)磨損抵抗（制動摩擦片分別和盤、鼓） 機械材料抵抗力 載荷最佳構造 和使用環(huán)境友好的材料 不管任何幾何設計（看圖1），各種類型的制動器都是使用相同的原理去產生制動力：固定的制動蹄被另一面的旋轉體壓緊。由于制動摩擦力是作用在運動相反體上，因此會減少它的速度。這個導致了摩擦力是按正常力N和摩擦系數(shù)的比例。這個制動參數(shù)被定義為摩擦力和作用力的關系系數(shù)和被用在不同制動器設計的比較。 一個典型的小車制動器由操作裝置（腳踏板或手桿），傳說裝置和車輪制動器（圖2）。對于盤和鼓式制動器，常力N被作用，使用機械系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)或者液壓傳輸裝置。一個伺服裝置能提高駕駛員作用的力： (1) 對于參數(shù)iA是總共的傳輸制動比。這個摩擦力= 作用于摩擦表面。這個摩擦力道旋轉中心的距離是有效半徑。對盤式制動器來說，最初的摩擦力是大概摩擦面的力的一半，取決于摩擦區(qū)域的形狀。在摩擦鼓中，有效半徑是鼓得內徑。 高效的軟件和硬件復雜制動模擬系統(tǒng)所必須的。ADINA Version 7.1 simplifes以可靠的運算法則構造出復雜的三維接觸結構問題。使用sparse solver使計算時間大幅度降低。 2制動鼓得設計 2.1分析計算 制動管的分析計算是基于Koessler的假設。他假設在鼓和摩擦片中通常的壓力分布是余弦分布（看圖3a）。這個分布假設只是當摩擦片曲率和鼓得曲率是相等。摩擦片半徑由于磨損而隨著操作而改變。這導致了接觸力分布的不規(guī)則，如圖3b和3c所示。在接觸區(qū)域的每一個點的滑動摩擦系數(shù)是恒定的。摩擦力的分布是和壓力和與滑動有效系數(shù)成比例： = (2) 制動時刻可以由接觸點到旋轉中心的距離r計算。摩擦總力組成對主動蹄外力R1和從動蹄外力R2。都是作用在對面的旋轉鼓以r為桿臂： ， （3） 制動蹄安裝在一個能轉動的S-凸輪夾緊裝置上。因此力S1和S2作用在卷上（圖4a）。它們和常壓力與作用在片表面（圖4b）外壓力和F1、F2作用在螺栓上的合力平衡。這種靜平衡的條件可以用各向的公式表示（x，y和a）而且各種制動蹄都可以用這公式表示： =0 =0 =0 =0 -=0 -=0 （4） 這些方程必須每個制動蹄上的都解出來。積分部分的結果導致一個作用力和制動時刻的關系。，制動參數(shù)是： ==2 （5） 制動鼓得類型：單一的、雙重的、雙伺服制動參數(shù)： 。 這個有限元模型是被用在，計算一個更真實的接觸壓力的分布，而且考慮到摩擦片和制動鼓得彈性變形。 2.2有限元計算 2.2..1模型描述 一個成品的三維制動鼓結構必須被建模出來。這個有限元模型由3個獨立的部分組成：鼓、主動蹄和從動蹄（看圖5）全部部分除了摩擦片，都是由鋼組成的。通常摩擦片是用鉚釘固定在制動蹄上。在這個模型里面，然而，要考慮到摩擦片和蹄的統(tǒng)一練接。三維八節(jié)點元素被用到建立實體模型。節(jié)點的定義和元素的生產由PATRAN預處理程序進行。一個FORTRAN公式譯碼器把節(jié)點和元素表轉化成ADINA-IN。鼓和摩擦片表面定義為接觸區(qū)域。 固定的螺栓被塑造成桁架結構。這使制動蹄能繞著固定的螺栓旋轉（看圖6）。S凸輪夾緊裝置成品在這模型里是被忽略的。自S凸輪提供蹄的直線伸展，位移被作用在卷的中心位置。卷也是塑造成桁架元素。S凸輪的旋轉和卷的位移是由制造者決定的。卷和蹄之間的連接也是用桁架元素。 2.2.2解決技術 雖然分網是很粗糙的，單節(jié)點的數(shù)量高達22000個。雖然一個靜態(tài)分析被執(zhí)行，但這是一個大規(guī)模的問題。模型分成2個時間間隔裝載，圖7。在第一個時間間隔里，制動蹄被伸展到最初的摩擦片和鼓的接觸位置。位移的值和角度是由S凸輪的幾何形狀決定的。 （a） （b） 在蹄的伸展之后，鼓在第二間隔里旋轉。再一次，位移被用到描述旋轉。對于節(jié)點在鼓的一個角上，斜交系統(tǒng)被定義和在半徑和軸向上的位移方向是固定的（圖8）。鼓在旋轉方向仍然是一個自由系統(tǒng)。為了避免一個單一的剛性矩陣，對于鼓凸緣上的節(jié)點位移是規(guī)定在圓周方向上。 2.2.3制動鼓的分析結果 使用ADINA Version 7.0來計算鼓和制動蹄的變形。結果顯示成鼓的旋轉的方面。圖9和圖10顯示出在摩擦片上的接觸力。接觸表面從螺栓尾部到卷的近尾端擺放。可以看到，接觸力是一個未正式的分布和Koessler的分析解決分布假設不一樣。最高峰顯然在摩擦片的尾端，特別是從動蹄，快接近卷。接觸壓力的分布趨向圖3所示對于分析解決的舊的摩擦片。 、 此外，反作用力在螺栓卷固定端和卷與對于支持力F和S分析計算比較。雖然支持力的大小相匹配，但力的角度與由Koessler分析接近給出結果不符合。 由于計算出接觸的情況與分析理論中給出的接觸假設不一樣，兩種情況的支持力也不相同。反作用力也在位移規(guī)定的鼓的節(jié)點獲得。這些反作用力被用在計算制動時刻。 鼓的變形和有效應力由圖11顯示。應力因為鼓結構的粗大所有比較小。然而，因為大部分由摩擦產生的熱被傳到鼓上所有沒有超出尺寸。在蹄最大應力（圖12和13）比鼓的應力高。這顯示出應力分布可以用在蹄的結構尋優(yōu)上。 3盤式制動器的設計 3.1.分析計算 和制動鼓不一樣，盤的摩擦表面是平的。盤式制動器的最大好處是熱可以通過盤的自由表面?zhèn)鞯娇諝庵腥?。更多的熱傳導的提高是用過通風裝置或在摩擦環(huán)上的小洞。但是，這個例子中，一個固體的盤是要考慮到的。 為了使制動塊壓到盤上，可以通過液壓系統(tǒng)產生一個常力?；钊麎旱侥Σ翂K上使其壓到盤上。當制動鉗把力傳送到盤的另一邊的摩擦塊上會產生一個反作用（圖13）。每一邊的常力是： （6） 摩擦表面產生切向應力導致在盤的每一邊有個摩擦力。摩擦系數(shù)m，這個力是： （7） 因為摩擦力作用在盤的兩端，所以對這種類型的制動參數(shù)是： = （8） 3.2.FEM的計算 3.2.1.模型 制動盤的有限元模型是由盤，制動鉗和2個制動塊（也可以看Watson and Newcomb）組成。這個幾何體可以直接用ADINA-IN提高的幾何的元素。地圖分網可以被用來產生盤的網元素。一個自由形式足夠密度的的網狀是產品的塊結構和制動鉗所要構造的。全部的網狀是由parabolic three-dimen-sional-solid元素（對于磚元素來說有21節(jié)點）組成。線性彈性材料模型被用到摩擦片的材料和鋼制的制動塊上。摩擦片是通過加壓過程沾到支持板塊上。 制動鉗和摩擦片一樣可以自由的在軸向移動。它們一起由通過鏈輪洞和支持塊上的凹槽的螺栓決定方向。這意味著它們壓到對面的支持轉向結構關節(jié)上，這結構不是由有限元元素而是由邊界條件模擬的。這個凹槽和鏈輪洞各自通過節(jié)點固定在垂直的軸向方向上。因為盤可以自由旋轉，它可以通過高硬度的梁元素固定在軸上一點處。 對于摩擦片和盤的摩擦環(huán)的接觸表面，一個摩擦參數(shù)定義為m=0.4。雖然在實現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)靜態(tài)和滑動有不同的值，由于程序所限制，這個值也是恒定的。 3.2.2.解決技術 這個結構也是分別在2個間隔你加載。第一個間隔，液壓壓力作用到摩擦塊和制動鉗上（時間=1.00）。在圖13中我們可以看出哪個表面是被作用壓力的。在第二個間隔中（時間=2.00）盤沿軸向旋轉。第二間隔符合有自動傳送裝置的車輛停止時使用在傳送開關用活塞傳動。電機工作瞬間會作用到對面的制動瞬間。當電機工作瞬間比制動瞬間高，小車會開始移動。旋轉方向被規(guī)定為梁結構的中心。這種梁結構能傳送旋轉力道盤上。 因為制動鉗和摩擦塊是可以在軸向自由移動，為了避免剛性車身的運動可以使用低硬度的桁架元素。這些元素不是在結果之后，但是可以使剛性矩陣確定下來。它們也使在第一裝載步接觸過程上穩(wěn)定。 對于這個問題，可以用有自動時間步進sparse solver。 時間步必須非常小，特別在開始和第一間隔結束階段上（制動壓力的應用）。 3.2.3.結果 sparse solver是非常有效地。摩擦片表面和盤的接觸是很容易發(fā)現(xiàn)的。有效應力和接觸壓力在2種狀態(tài)下被比較。第一種狀態(tài)是在制動壓力應用之后。最大應力發(fā)生在制動鉗的桁架上（圖14）。這是導致摩擦片的外徑上產生更大的接觸壓力。在第二間隔里，盤是在旋轉的，因此沖壓到制動塊對面的的引導操作關節(jié)上（邊界條件）。這導致支持制動塊的板面上產生更高的應力（圖15）。一開始盤的棍到摩擦片。一個在摩擦片和盤表面上的節(jié)點的位置的分析顯示出他們是一起運動的。這個條件被稱為靜態(tài)摩擦。靜態(tài)摩擦力G在每個接觸通常是比定義上的滑動摩擦力R?。? （9） 盤是繞著中心角在轉，盤的制動是自由的。外力會接著到底定義臨界點，摩擦參數(shù)（H=R）。圖17顯示出接觸壓力改變了。確切的改變點可以從粘著到滑動狀態(tài)下被發(fā)現(xiàn)。圖18標記出不同的接觸表面區(qū)域和定義出他們的條件。依靠著上一個裝載步，摩擦表面區(qū)域顯示出哪些還在粘著條件和哪些在滑動條件下。這可以通過合成的帶狀圖得到如下定義： （10） 在滑動情況下，這個條件相當于把摩擦參數(shù)m輸入到ADINA-IN中，這個分析是基于包括震動的動態(tài)摩擦計算。 4. 結論 在這篇論文里只呈現(xiàn)出一個很短關于制動構造基礎的的引入。對于不同類型的制動器給出了一個最基本得分析計算公式。ADINA-IN建出制動鼓和盤的有限元模型。使用像PATRAN這樣的預處理器可以吧節(jié)點坐標表和元素類型定義輸入到軟件中。可以更好的使用ADINA-IN提供的幾何定義。 正確的接觸計算是設計摩擦制動器的根本。在ADINA Version 7.1的sparse solver 工具可以把這持久的大規(guī)模的時間減少到很少的時間（DEC Alpha Server 4000）。這使人們可以抽出省下的時間去研究改變變量的值而達到的不同的效果。 現(xiàn)在所呈現(xiàn)出的結果只是所有可能中很少一部分。特別是從粘著到滑動的詳細分析是一個對摩擦過程關鍵理解。附加的區(qū)分靜態(tài)摩擦參數(shù)和滑動摩擦參數(shù)的的摩擦法則對于研究粘著/滑動問題是一個很好的工具。在未來幾年隨著更有力的硬件出現(xiàn)，可以把動態(tài)效果也考慮進去。 使用ADINA的模型也可以進行熱力分析。熱連接和elastomechanical 計算是ADINA系統(tǒng)很大的一個優(yōu)勢。 參考文獻 [1]Wallentowitz H. Laèngsdynamik von Kraftfahrzeugen. Vorlesungsumdruck Kraftfahrzeugtechnik II. Institut fuèr Kraftfahrwesen, RWTH Aachen: Schriftenreihe Automobiltechnik, 1997. [2]Koessler P.Berechnung von Innenbacken-Bremsen fuèr Kraftfahrzeuge. Stuttgart: Franckh'sche,1957. [3]KoesslerP. Grundlagende rFahrzeugtechnik, Originalausgabe. Muènchen: Heine,1985. [4]Day AJ,Newcomb TP.The dissipation of frictional energy from the interface of an annular disk brake.Proc Inst Mech Engng 1984;198D(11):201±9. [5]Watson C,Newcomb TT.A three-dimensional finite element approach to drum brake analysis.Proc Inst Mech Engng,D:J Automobile Engng 1990;204(D2):93±101. [6]Tirovic M,Day AJ.Disk brake interface pressure distribution.Proc Inst Mech Engng,D:J Automobile Engng 1991;205:137±46. 譯文三 注塑模具設計與指導 模具結構 一個標準的注塑模具是由定模和動模部分組成，由一個或多個型腔，以及一個可以移動的脫模部分組成。 有關的細節(jié)在下面的圖片中被顯示出。 標準注塑模具的圖片： 圖1 高質量高精度模具的價格是非常貴的。因為大量的勞動力和很多的高精密機器操作都被運用到生產制造中，經濟消耗巨大。 產品發(fā)展和制造費用如果想要被極大地減少，我們就需要充分地重視和關注產品模具的設計。 如下方面是我們在制造中應該解決的： 制件的形狀 型腔的數(shù)量 澆口的位置與澆口形式的選擇 材料的流動性 模具的排氣系統(tǒng) 帶有1個分型面的簡單注塑模具如下圖所示。 一個比較復雜的，用來成型結構復雜和帶有側抽芯結構的模具通常需要使用多次分型和側抽芯結構。這種側抽芯結構通常是通過人工，機械，液壓以及電子機械裝置來完成的。 下面的圖片是一個簡單的滑動凸輪結構。控制凸輪的銷被放置在定模一側，其角度在20° - 25°之間。 這個角度也是有限制的，這是由于它要在開模和合模中受到一個很大的力。當開模時這種模具是豎直方面移動的。 圖2 多型腔模具 型腔的數(shù)目與它的結構主要取決于經濟和技術這兩個方面。 最重要的是，按照制件的數(shù)量來決定型腔的數(shù)量， 花費的時間，金錢以及與其相關的模具制造費用也要被考慮進去。下面的這個圖，顯示出模具型腔數(shù)量與制造全部費用的關系。 圖3 澆注系統(tǒng)與澆口位置限制了多型腔模具設計的隨意性。同時，模具的尺寸精度和質量要求也需要被考慮。 流道結構在設計時，應該將其設計為可以同時充滿型腔的形式。 一個模具中型腔的最大數(shù)量應該取決于型腔的全部容量，包括流道和相關的最大注塑量，還需要考慮到注塑壓力的大小。 型腔數(shù)量 一個給定的注塑機，他的最大注塑量是254立方厘米, 塑化能力是25 g/s, 45mm螺桿和1300 kN的鎖模力。 一個體積是30立方厘米的PC制件(注射重 36 g), 他的投影面積是20平方厘米，包括流道，大約在0.5噸/CM2（0.5KN/CM2）的注塑壓力。 以注塑壓力為設計基準的模具，他的型腔數(shù)量最大是12個。建議型腔數(shù)量的容積是注塑機注塑量的80%。因此，通常情況下型腔數(shù)目被限制在6個以內。 當循環(huán)周期很短時，型腔的數(shù)量建議被大打的減少。以這個為例，一個有6個型腔的模具，他的冷卻時間必須不能低于8.7秒。 澆口位置 外形 澆口無論被設計在什么位置，我們都不可能從外表面看到他的位置所在。因此在澆注系統(tǒng)被除去后，清除殘余的廢料是一個要被解決的問題。 應力 避免表面直接受到高壓，避免澆口上存有殘余應力和粗糙的表面，可以通過設置一個壓力集合器來解決該問題。 壓力 把澆口設計在制件壁最厚的地方來確保有適當?shù)膲毫沓尚椭萍?。這樣也可以用來減少尺寸收縮。 熔接痕 塑件表面的一種線狀痕跡，是由注射或擠出中若干股流料在模具中分流匯合，熔料在界面處未完全熔合，彼此不能熔接為一體，造成的熔合印跡，影響塑件的外觀質量以及力學性能。 翹曲 不正確地形狀尺寸或一個已經確定的澆口可能會造成一個難以預料的結果。這可能導致成型時的熔接痕會出現(xiàn)在明顯的位置.(見下面的圖片) 融料流動對澆口位置的影響 圖4 不理想的流動形式可能會產生翹渠與彎曲。（見下圖） 翹曲對產生澆口位置的不利影響 。 圖5 澆口類型 一個最為理想的澆口尺寸和澆口位置是非常重要的。 澆口類型通常被被分為人工和自動脫出兩種。 手動脫澆口系統(tǒng)是需要一個操作者在第2次分型時將制件與流道用手將他們分開。使用手動脫澆注系統(tǒng)的使用地方: 澆口面積過大不能夠在開模時被自動剪開。 一些修剪敏感的材料 (舉例來說, pvc) 接觸在一起，這樣使其黏附在模具上面，不能自動脫澆。。 同時的流動分別穿過一個寬的澆口，前面的部分無法通過自動脫澆注結構取出。 澆口包括: 直澆口 邊緣澆口 扇行澆口 爪形澆口 平縫澆口 點澆口 輪輻澆口 圓環(huán)澆口 多點澆口 自動脫澆口 自動脫澆口是用工具將澆口自動的打破并剪掉，在模具打開取件時，其經常被使用的地方有如下： 兩次分型時避開澆口清除。 成型時間很短。 將澆口痕跡減小至最小。 澆口類型包括: 針點澆口 潛伏式澆口 熱流道 直流道 推薦單型腔注塑模具與那些需要對稱布置來成型的塑件來使用這種結構。 這種類型的澆道適合那些有較大壁厚的塑件，因為這樣可以使保壓變得更為有效。 一個短小的主流道是有利的, 這樣可以促使熔料迅速填充滿模具而且還可以減少壓力損失，需要在澆口的對面設置一個冷料井。 使用這種類型的澆口的缺點就是留在制件和側流道上的廢料很難被清除掉。凝固是受塑件壁厚影響的，但是他并不能決定塑件的壁厚。很明顯，主流道口附近的塑件收縮較低;而主流道口的收縮較明顯。這樣就造成了在主流道口處出現(xiàn)高的應力拉深。 尺寸 在臥式注塑機用模具中，主流道一般垂直于分型面，而角式注塑機用模具的主流道則開設在分型面上，前者便于流道凝料的拔出，通常設計成2-4度的錐角，內壁的粗糙度在Ra=0.4um左右。主流道小端直徑應該比注塑機的噴嘴孔徑大0.5-1mm,通常取4-8mm，具體視制件大小及補料要求決定。大端直徑應該比分流道深大約1.5mm左右。 一個小角度的流道廢料很難從主流道中取出。 大的角度則會造成材料的浪費而且還會增加冷卻時間。 圖6 邊緣澆口： 這種澆口相對于分流道來說斷面尺寸較小，屬于小澆口的一種。邊緣澆口一般開設在分型面上，從制件的邊緣進料。邊緣澆口斷面形狀一般是矩形或者接近矩形。 尺寸： 典型的澆口尺寸是流道尺寸得80%-100%其數(shù)值一般為3.5 毫米，1.0-12 毫米寬。這種澆口的定位長度方向不應該多出1.0mm，0.5mm左右最為適宜。 圖7 定位澆口： 定位澆口一般用于平、薄的制件，以便減小在型腔中剪切力。出現(xiàn)在澆口附近的高剪切力被限制在輔助片中，注塑完成后這個片就會被除掉。 尺寸： 最小量定位片寬度是 6 毫米， 最小量定位片厚度是洞的深度的 75%左右。 圖8 流道布局 對于多型腔的模具有3種使用情況。 如下: 標準的流道結構 " H" 形 (分枝式) 流道結構 星形流道結構 非平衡流道也常使用，但是會產生一些不利影響: 不能完全被充滿 產品的特性不同 產品的收縮不同 洗滌槽痕跡明顯 光澤度不好 降低了模具的使用壽命 各個制件的形狀不一致 非平衡流道的例子。 圖9 盡管人字型的流道是非平衡的，但是與平衡式相比它可以容納更多的型腔，有更小的流道容量和更低得加工費用，可以使用電腦輔助軟件來模仿塑料的流動以及對主流道和分流道的尺寸來保證設計的合理。記住非標準流道會增加使用制造費用。 調整流道的直徑來完成澆注，可能不能滿足某些要求高的制件，會產生一些缺點，特別需要注意的是: 小的制件 帶有薄壁的制件 制件表面不允許有沉積痕跡 制件的主流道長度要比分流道的長度要長的多。 平衡式流道： 圖10 " H"(分岐型) 和光線式的 (星型) 系統(tǒng)通常被被當做平衡式流道。 平衡式流道有著相同的流道長度和直徑尺寸，所以每個型腔的情況大概相同。 當要求質量和公差較好時，型腔就要統(tǒng)一。不過，對于在一個模具中成型不同制件來說，經濟因素非常重要的，帶有很大組件的型腔要放在主流道最近處。 在設計多型腔模具的分流道時應特別注意。在一次填充成型一個組合件的不同制件時，分流道的設計必須滿足使所有制件在同一時間完成充填，以避免先填充的型腔過度充填或飛濺，減少制件的收縮變形以及其他質量的問題。同時可以考慮利用計算機填充模擬分析來優(yōu)化分流道的形狀、尺寸，保證各型腔同時充填，并均衡的補料。同樣計算機分析模擬還可以應用于多澆口制件的成型中。在同一制件的多型腔模具加工中，分流道對應的部位必須做成同一尺寸使得各個型腔充填在同一時間內完成。 推出系統(tǒng) 模具推出系統(tǒng)需要適應注塑成型時塑件的形狀，這樣可以減少對塑件的破壞。一般的來講，在成型時會受到來自型芯部分的收縮阻止。大的推出面積要同一的分布在整個成型中，這樣可以用來避免發(fā)生變形。 一些推出結構會被使用： 推桿推出 刀片式推出 通氣管之活瓣 推件板推出 如果沒有特別的脫出問題時，一般的脫出機構就可以正常工作。萬一是圓柱制件，就要在型芯周圍設置推件桿，因為型腔比較深。若塑件壁較薄，就會在推出時發(fā)生變形，為增強推出時塑件的強度，可以設計一些推桿配合推件板來一起推出。 刀片式推出機構不是很好，有如下原因：他們會損壞制件；他們的破壞性強并且需要經常維護修理；刀片式脫出機構多用于帶肋的塑件。 刀片式 圖11 中心閥式脫出機構經常和桶型制件的真空推出機構聯(lián)合使用。不過制件中可能存在真空現(xiàn)象，所以這種機構多用于二級脫出。 在開模具，高光澤表面的制件可能會產生反作用。因為會在型腔壁模具中和產生真空。這種現(xiàn)象可以通過使用破真空設備被改善。 推件板和推件環(huán)經常被使用在那些開模時不會產生真空的成型過程中。推件板由推桿來控制。 三板模具，如下圖，有兩個分型面，它被用在多型腔的模具中。在模具第一次打開時，澆注系統(tǒng)和塑件一起推出模具固定部分。第二次分型塑件與澆注系統(tǒng)分開。 帶兩快扳子的三板模具 圖12 分流道 與主流道不同的是，分流道是從主流道過來的熔融塑料眼分型面引入各個型腔的那一段流道，因此通常開設在分型面上。分流道的設計直接影響到制件的質量以及模具的生產效率。由于過大的分流道將會增加不必要的成型時間，延長成型周期，而且會增加其加工制作的經濟成本。反之，過小的分流道則會增加注塑壓力，也會增加加工難度與成本。好的分流道設計應兼顧到各個型腔的同時充滿和均衡補料，模具設計的可行性應盡可能降低澆注系統(tǒng)凝料的量。熔融塑料在流經分流道的過程中由于受到模具模板對熔料的熱量汲取使得熔融塑料進一步冷卻。同時，分流道增加了流道的總長度，使得塑料在流道中的阻力增大，加劇了注塑過程中的壓力降。圓形斷面的分流道比表面積最小，因此熱量損失較小，阻力較小，延長了熔料的凍結時間。由于加工的精度的限制使得圓形截面和理想的圓形截面有偏離，造成各自性能的降低。圓形截面的分流道需要同時在動模和定模上進行切削加工，而且要相互吻合，因而制造比較困難。一個較好的方法是將流道制成U形斷面，這樣就只需要在一個模板上加工，節(jié)省機械加工費用。實際上，斜邊與分型面的垂線呈10°斜角的梯形截面分流道，熱量損失和阻力損失均不大，幾乎能夠起到圓形截面分流道的作用。分流道澆注系統(tǒng)至少需要消耗40%的注塑壓力。而這些壓力的損耗基本上是因為流道長度上的壓降造成的。通過優(yōu)化到各個澆口的線程即可縮短分流道的長度。例如，可以把帶有轉角的流道設計成對角形式或者改變型腔的位置來縮短分流道的長度。 圖13 多形腔模具流道 設計多型腔模具的分流道時應當特別注意。在一次填充成型一個組合件的不同制件時，分流道的設計必須滿足使所有的制件在同一時間內完成充填，以避免首先填充的型腔過度充填或飛濺，減少制件的收縮變形以及其他質量的問題?？梢钥紤]利用計算機填充模擬分析來優(yōu)化分流道的形狀與尺寸，保證各型腔的同時充填與均衡補料。同樣的，計算機分析模擬還可應用于多澆口制件的成型中。同一制件的多型腔模具加工中，分流道對應部位必須做成同一尺寸使得各個型腔充填在同一時間內完成。 平衡式分流道要求從噴嘴到各型腔澆口的距離相等。輪輻式的分流道設計在小制件的成型中效果比較理想。但是當型腔數(shù)量和大小都變大的時候，這種形式的分流道設計顯然效果比較差，因而通常在設計中采用行列結構來布置型腔，而不多采用圓周式布置。行列式型腔布置通常要求分流道有一個主要的支流再加上一個二級的流道分支，最后再連接到個個型腔中。所謂平衡式布置就是指從主流道到各型腔的分流道和澆口的長度、形狀以及斷面尺寸都是對應相等的。這種布置形式通常要求型腔的數(shù)目是2的倍數(shù)，例如2、4、8、16、32等。如圖6所示。一般隨著型腔數(shù)目增加，從主流道起到各型腔的澆口、分流道的直徑尺寸越來越小，由此來分攤來自主流道的熔融塑料。假設熔料是不斷地等量、等壓的注入到模具中，則可以近似的認為在每個分流道的分支將平均的使熔料進入到型腔中。模具流道中熔融物料的流動速率將限制型腔的數(shù)量，因為如果沒有充分的充填速率和充填壓力則有的型腔不能完全的充滿。 圖14 其他種類澆口設計 點澆口是將熔融塑料直接從制件上平行于分型面的上表面上注入到型腔中。點澆口是一種尺寸很小的澆口，物料通過時將會有極高的剪切速率，這對于降低假塑性流體的表觀黏度是十分有益的，熔融物料通過小澆口時伴有摩擦生熱會提高料溫的作用，使黏度進一步降低。采用點澆口時，模具應設計成雙分型面的三板式結構，流道凝料和塑件分別從不同的分型面取出。點澆口在開模時容易實現(xiàn)自動切斷，制件上殘留的痕跡很小。點澆口的直徑一般為0.4～2mm（常見為0.6～1.5mm），具體視物料的性質和制件的重量而定。點澆口與制件相接處采用圓弧或倒角，從而使?jié)部诶瓟鄷r不致?lián)p傷制件。當制件尺寸較大時，可以同時開設幾個澆口從幾點同時進料，這樣就可以縮短流程，加快進料的速度，降低流動的阻力，減少翹曲變形。對于薄壁制件，由于點澆口附近的剪切速率過高，會增加局部的應力，甚至會引起開裂。盤形澆口主要用于圓筒形制件或中間帶有孔的制件，如過濾體、齒輪等，這樣的設計可以使進料更加均勻，在整個圓周上取得大致相同的流速。通常澆口直接與主流道相接，直接填充型腔。這種澆口的缺點是流道系統(tǒng)不易去除，去除后有明顯的痕跡，會直接影響到制件的美觀。 圖15 30