表面完整性的案例
齒輪的表面完整性與抗疲勞制造技術的發展趨勢
本文從技術角度來闡述國內外齒輪的表面完整性制造技術現狀，并展望了未來的抗疲勞制造發展趨勢，以期對我國齒輪產業的結構調整和產品升級能夠提供一些參考和建議。
1 表面完整性制造的概念和技術體系
常見的齒輪失效形式有齒根的彎曲疲勞、齒面的接觸疲勞、磨蝕和磨損等，而且這些失效多數源自齒面或齒根的表面，因此齒輪表面顯得非常重要，表面完整性決定了其服役性能。表面完整性是指無損傷或得以強化的表面狀態及由其決定的性能。這些性能包括了零部件使用所涉及到的疲勞、腐蝕與摩擦磨損等3 個方面。關于表面完整性的概念與內涵表示在圖1中的實線框內，主要有表面狀態和表面性能兩個組成部分。表面狀態決定或影響了表面性能，表面性能體現或反映了表面狀態，它們之間具有映射關系。為獲得某種特定的齒輪性能，需要賦予強化的表面狀態。以工程中應用最為普遍的一種表面強化技術噴丸為例，噴丸強化對齒輪零件表面完整性狀態改善情況示意于圖2，它包括了表面粗糙度、表面硬度和表面殘余應力等。
圖1 齒輪表面完整性的內涵
圖2 噴丸強化與表面完整性
齒輪的表面完整性制造就是齒輪表面得到無損傷或強化狀態的加工制造技術。表面完整性制造技術和成形制造技術并不矛盾，成形制造是形狀制造，是表面完整性的前一工序，表面完整性制造則是性能制造，是在成形制造的基礎上對表面進行的表面性能的提升與保證。
表面完整性制造技術體系包括了加工技術體系和檢測控制體系兩個方面，前者主要側重所加工材料的特性與工藝參數的優化，后者則是對表面完整性狀態的檢測、監測與反饋控制。往往人們只注重前者，而對后者關注較少，這也是我們為什么產品質量不穩定的主要原因，需要重視和加強相關的研究。
展開 一招搞定金屬材料表面完整性！再也不用擔心零件疲勞失效了
國內目前針對噴丸強化表面完整性的基礎研究還有待深入，對表面完整性的評估與檢測體系尚不完善，因此，針對噴丸強化表面完整性的研究還有以下幾個方面有待加強：
（1） 深入開展噴丸強化加工表面完整性的應用基礎研究，揭示噴丸強化表面完整性特征的形成及產生的機理，建立噴丸強化表面完整性的理論模型及其評判體系；
（2）在航空航天等領域的抗疲勞零部件制造技術中，拓展噴丸強化加工表面完整性技術的應用，依據實際服役性能的需求，綜合調控表面完整性各因素，實現所需性能的最優化；
（3）基于表面完整性控制，開發新型表面噴丸強化技術，獲得更大的表面完整性調控區間與更優的效果，適應新材料、新結構和更復雜零部件的表面強化需求。
展開 使用Isight中fesafe組件進行表面完整性敏度分析
4）左側組件樹中選擇fe-safe，進入參數標簽頁，可以看到表面完完整性已作為輸入變量添加到列表中，同時，疲勞壽命作為輸出參數顯示在列表中。將表面描述參數的類型改為Real，因為更改后的Kt值將返回到fe-safe中，并應用于循環中定義的后續分析。設置完畢的參數標簽頁如下圖所示。
5）返回工作流標簽頁，將Task1組件更換為Loop組件。
6）左側組件樹中選擇Loop，進入參數標簽頁，為該組件創建兩個新參數gsf和clife，如下圖所示。
7）接著在數據流標簽頁，完成Loop組件和fe-safe組件之間進行參數映射，如下圖所示。
（4）配置并運行循環組件
1）回到工作流標簽頁，雙擊循環組件，設置循環組件參數。循環類型為for循環，輸入參數為gsf。
2）點擊運行按鈕會按F4，啟動循環組件。
（5）監控分析狀態，查看結果
使用Isight運行門戶的History標簽頁，可以看到循環組件運行的結果。在右側的預覽圖窗口，可以看到數據的動態更新。
（6）結果繪制及說明
1）繪制gsf和clife的關系曲線圖如下圖所示。
該圖顯示，gsf值為1.0-2時，組件的靈敏度最高。之后，組件的靈敏度顯著降低，gsf大于3時靈敏度相對而言幾乎不變。這種類型的圖可用于以下兩種情況：
（a）找出表面粗糙度的改善量，使得結構能夠滿足指定的壽命要求。
（b）找出表面粗糙度降低的量，同時保持所需的結構壽命。這可用于減少成本以及組件的余量設計分析。
2）分別保存結果模型（擴展名為.zrf）和工作流模型（擴展名為.zmf）。
展開 Ansys再獲三星Foundry認證，其熱完整性和電源完整性解決方案被用于三星多芯片封裝技術
Ansys多物理場平臺提供經過驗證的解決方案，可應對仿真和管理異構2.5D/3D-IC多芯片系統的電源和熱效應方面的挑戰
主要亮點
Ansys? Redhawk-SC?和Ansys? Redhawk-SC Electrothermal?多物理場電源完整性與3D-IC熱完整性平臺均通過認證，可與三星Foundry X-Cube技術共同用于3D封裝
Ansys? Icepak?被用于驗證RedHawk-SC Electrothermal的預測準確度
Ansys宣布Ansys RedHawk電源完整性和熱驗證平臺已通過三星Foundry認證，可用于其異構多芯片封裝技術系列。三星與Ansys的合作證明電源和熱管理對于先進的并排（2.5D）和3D集成電路（3D-IC）系統的可靠性和性能的重要性。
3D-IC技術既能夠使眾多用于高性能計算、智能手機、網絡、人工智能和圖形處理的領先半導體產品成為可能，也可以幫助企業在其市場上實現競爭差異化。三星可提供一系列2.5D封裝選項（I-Cube和H-Cube），以及采用X-Cube技術的3D垂直堆疊。多個芯片的高密度集成帶來了散熱方面的重大挑戰；單個芯片可以消耗超過100W的功率，因此必須通過極為精細的微凸點連接進行布線。
展開 
白皮書：重型裝備的耐久性和結構完整性
重型裝備都是在世界上極為惡劣的環境中運行，所以從結構完整性和耐久性的角度來看，重型裝備堪稱設計要求嚴苛的車輛類型。
下載本白皮書，了解完全集成式 3D 仿真 CAE 解決方案以及真實數據收集和測試軟件包如何幫助重型裝備 OEM 以更低成本和更快速度將高質量的新產品推向市場。
重型裝備的耐久性測試
雖然仿真可通過虛擬方式驗證產品的設計和壽命，但物理測試在了解真實負載方面發揮著關鍵作用?，F場數據評估中的耐久性測試包括數據采集硬件、數據采集軟件和數據分析軟件等要素。
Simcenter 的數據采集
現場采集數據給重型裝備 OEM 帶來了諸多挑戰。其解決辦法是使用先進的數據采集系統，該系統應該非常高效且經過優化，可以大幅減輕工程師和操作員的工作負擔。使用 Simcenter SCADAS RS 確定數據采集硬件系統之后，就可以采用基于個人電腦的軟件解決方案（例如適用于測試工程的集成式解決方案 Simcenter Testlab）連接到硬件。通過 Simcenter RS Recorder 應用程序靈活訪問系統，可以使用任何設備（如個人電腦、平板電腦和手機等）在無線模式下采集和上傳數據。該智能操作系統可以自動管理自身，所以操作員可以專注于駕駛設備。
用于耐久性預測的 CAE 仿真
結構分析是仿真的起點。在對某個組裝件進行測試時，該 3D 仿真解決方案會將計算機輔助設計 (CAD) 和 CAE 工具關聯起來。仿真測試可用于開展虛擬測試，即開展在重型裝備常見物理場景中難以實現的測試。西門子的 Simcenter 3D 為重型裝備制造商進行 3D 仿真提供了全面的完全集成式 CAE 解決方案。
展開 高強度汽車齒輪表面強化技術的研究現狀和發展趨勢（一）
圖 1 齒輪損傷失效位置模型
上述齒輪的失效多數源自于齒面或齒根的表面，由此看出齒輪的表面非常重要，齒輪表面完整性是指無損傷或強化后的表面狀態及由其決定的性能，齒輪表面完整性包括表面殘余應力、顯微硬度、表面粗糙度、微觀結構等，對于齒輪表面涂層改性還需考慮厚度和結合強度等因素。無論表面化學熱處理，還是噴丸形變強化處理，均對齒輪的表面完整性的表面粗糙度、形態特征、組織結構、硬度、殘余應力等產生影響，而齒輪的表面完整性與其彎曲疲勞抗力及接觸疲勞抗力之間有密切的關系。
1.2.1 齒輪彎曲疲勞破損機理及材料研究
齒輪強度主要是齒輪的彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度。圖2為齒輪的彎曲折斷破損，主要原因是齒輪根部受到反復的集中應力作用下產生裂紋并逐步擴大致失效，彎曲疲勞裂紋從齒輪表層部的晶界氧化層產生，沿著表層下方的奧氏體晶界擴展至硬化層深處，進而引起結晶粒界破壞。
圖 2 齒輪彎曲折斷破損實例
材料表層部的晶界氧化層主要由Si、Mn、Cr等可提高淬火性能的合金元素組成，其晶界邊緣易產生局部不完全淬火領域，形成由屈氏體和貝氏體構成的不完全滲碳異常層。圖3所示為20CrMoH試料滲碳淬火后的晶界氧化組織，由表面向內部延伸的黑色須狀成分為Si、Mn、Cr的氧化物。
圖 3 齒輪表層部晶界氧化層組織
提高齒輪彎曲疲勞強度通常采用加大齒根R角，高壓力角設計，熱處理采用滲碳淬火或碳氮共滲熱處理及噴丸強化等表面處理技術。例如，改善不完全滲碳異常層的方法一般可采用提高淬火速度，但要注意避免產生較大的齒面變形；或是采用降低Si、Mn、Cr等元素含量的同時增加Ni，Mo等利于提高淬火性能的合金元素。
展開 ANSYS 精確的片上電源完整性與可靠性
ANSYS RedHawk-CPA確保封裝感知型片上電源完整性與可靠性，片上電源完整性與可靠性并不再局限于芯片本身。了解更多：網頁鏈接
光收發器信號完整性分析（包含封裝效應）-AEDT-INTERCONNECT互操作性
在此示例中，Ansys Circuit和INTERCONNECT用于對2.5D集成光收發器進行電光信號完整性仿真。該收發器由通過interposer層連接的電集成電路(EIC)和光子集成電路(PIC)組成。
Ansys Circuit用于對信號路徑的電學部分進行建模，INTERCONNECT用于對光學部分進行建模。單向信號傳輸用于連接信號路徑的電學部分和光學部分。Interposer層上的信號路徑使用Ansys HFSS 3D電磁仿真計算出的S參數進行建模。
概述
了解仿真工作流和關鍵結果。
收發器信號路徑始于EIC上的driver，該driver通過interposer將10Gb/sNRZ信號發送到PIC上的耗盡型環形調制器。調制后的光信號經過一個代表信道損耗的衰減器，到達接收器上的光電探測器。光電流驅動接收信號通過interposer層返回到EIC上的電阻。
步驟1：發射器電路
該電路用于仿真EIC上的driver和PIC上的環形調制器之間發射器信號路徑的電學部分。
發射器電路由代表調制器driver的電壓源、Interposer層的狀態空間模型單元以及環形調制器的等效電路組成。Interposer層狀態空間模型基于Ansys HFSS進行3D電磁仿真計算出的電S參數生成。
環形調制器等效電路由兩個電阻和一個電容組成，分別代表調制器PN結的電阻和電容。等效電路中結電容兩端的電壓保存在一個文本文件中，并在下一步中用作環形調制器光學模型的輸入。
步驟2：光信道
Lumerical INTERCONNECT用于模擬由激光源、發射器和接收器組成的光信道。
上一步中記錄在文本文件中的電壓由“Signal Voltage”元件讀取，并用于驅動發射器中的環形調制器模型。
展開 CNC機加工零件表面鍍鉻的完整專業指南
表面處理在零件的耐磨性、抗腐蝕能力以及外觀方面發揮了關鍵作用。其中，應用最廣泛、效果最顯著的工藝鍍層之一就是鉻，也稱為鉻電鍍。
那么，什么是鍍鉻？為什么它在航空航天、機器人、汽車和醫療行業中如此重要？
本文專業角度出發，系統解析鍍鉻在制造業的意義，深入講解什么是金屬鍍鉻，并詳細說明如何對鋼件進行鍍鉻，同時以此應用、優勢以及與陽極氧化的對比進行全面分析。
什么是鍍鉻？
首先，從基礎概念入手：什么是鍍鉻？
鍍鉻是一種通過電鍍工藝，在金屬表面沉積一層薄鍍鉻層的表面處理技術。這層鍍鉻不僅可以改善外觀，還能顯著提升材料性能。
鍍鉻的核心特點：
高層建筑
優異的耐腐蝕
低表面系數
鏡面玻璃外觀
因此，鍍鉻不僅是裝飾工藝，更是一項重要的功能性表面工程技術。
制造業中鍍鉻的意義
了解鍍鉻在制造中的意義對于工程師和采購人員來說非常重要。
在工業制造中，鍍鉻主要用于：
延長零件壽命
提高疲勞能力
保持尺寸穩定性
降低維護與更換成本
在CNC精密加工領域，鍍鉻常用于關鍵部件，如：
精密軸類零件
模具
結束
液壓部件
在深圳一鑫精密，鍍鉻通常作為后處理關鍵工藝，以確保零件在復雜工況下仍保持性能。
什么是金屬鍍鉻（什么是金屬鍍鉻）？
那么，什么是金屬鍍鉻？
它是一個電化學過程，通過電流將鈍化離子從電鍍液中沉積到金屬表面，從而形成一層均勻致密的鍍層。
展開 ANSYS電源完整性及可靠性簽核解決方案助力MELLANOX設計創新
2019年5月28日，Mellanox Technologies采用ANSYS電源完整性及可靠性簽核解決方案推進其FinFET設計決策，打造智能互聯解決方案與服務。利用ANSYS前沿的半導體解決方案，半導體互聯方案商Mellanox Technologies能比以往更快地滿足新一代高速網絡設計的性能要求。
功耗、散熱及可靠性等各種多物理場效應實現互聯的需求增加，這對FinFET設計收斂帶來巨大挑戰。盡管設計利潤率不斷縮小、項目時間更加緊迫，但多物理場分析在應對上述挑戰和設計極為復雜的大型高功耗芯片中起著至關重要的作用。Mellanox Technologies利用ANSYS技術以銳利的精度解決多物理場難題，并確保芯片的成功。
在不到24小時內以經過生產驗證的精度運行3倍大的設計，ANSYS RedHawk-SC's彈性計算可擴展性能夠擴大設計容量，從而加速獲得結果并提高生產效率。RedHawk-SC的彈性可擴展性可免去此前所需的費用成本，助力Mellanox Technologies實現計算資源最大化利用，展平式地分析全芯片以獲得更好的精度。
Mellanox Technologies后端總監Anton Rozen表示：“RedHawk-SC可針對我們以太網和InfiniBand互聯解決方案的復雜設計提供更高容量、精確度和靈活的資源利用率，用于模塊和全芯片展平式簽核分析。通過并行運行和進一步了解全芯片環境下的設計，我們已將電源完整性檢查效率大幅提高了3倍。”
ANSYS副總裁兼總經理John Lee指出：“RedHawk-SC使用一流的計算科學求解高級FinFET設計中最復雜的多物理場問題。過去一年，7nm設計加速了RedHawk-SC在行業領先企業中的應用。
展開 一個完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子（附子程序） ￥2.4
完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子，完整的子程序在“付費后”附件中。
干貨 | 電源完整性基礎知識
通過優化，來降低產品成本，這也是電源完整性的關鍵所在。
一期一會 | 什么是電源完整性？
電源完整性（PI）屬于電子工程領域，專注于確保電子系統的電源輸送網絡（PDN）在整個系統中可以有效地提供穩定的電源。為了可以正常工作，印刷電路板（PCB）、集成電路（IC）和IC封裝需要持續穩定的供電電壓以及最小的電壓波動。同時，還不能干擾信號，并且最大限度地減少因發熱而損耗的能量。因此，設計中需要滿足電源完整性，從而提供可靠的信號完整性，使器件能夠在可接受的溫度范圍內運行，并最大限度地降低功耗。
工程師使用各種軟件工具和物理測試來評估、修改和改進電子系統中的電源輸送網絡（通常也稱為電源分配網絡）。
電源完整性與信號完整性密切相關，而工程師通常會對兩者同時進行分析。隨著電子系統變得更小、更復雜、電源要求更嚴格，以及頻率越高，電源完整性的重要性和挑戰也日益增加。
為什么電源完整性很重要？
乍看起來，相比于電子電路設計其他領域的復雜性，提供可靠的電源似乎相對簡單。只需將器件連接到電源，設置正確的電壓，然后為信號提供電源供電即可。然而，現實情況要復雜得多。電子的移動會產生磁場，從而干擾其他電路或由于電阻而導致功率損耗。
這就是為什么工程師都會在設計流程中盡早分析電源完整性，以發現任何潛在問題。現代電子產品十分復雜，涉及多個組件、層和互連，因此提供適當的電壓變化范圍極具挑戰。
現代電子產品是復雜的多組件裝配體，包括多個層、層間過孔以及器件之間的復雜互連。它在寬頻范圍內，不僅傳輸直流電源，同時也傳輸信號。
為了幫助我們理解電源完整性的重要性，我們不妨從三種主要類型的電源完整性問題入手。
電源電壓變化
外部交流電源或直流電源給電子系統供電。電源芯片將輸入電壓轉換為所需的系統直流電壓。但是，這種電源開關會引起瞬態電壓變化，由于電源網絡中電感的影響，導致供電電壓的峰值變化，這也被稱為電源噪聲或紋波。
引起電壓波動的另一個原因，是電流需求的快速變化。
展開 一期一會 | 什么是信號完整性？
系統的信號完整性（SI）是衡量電信號在進入和離開電路的整個過程中的變化程度的指標。對于數碼電子產品而言，該信號是一種電壓隨時間的推移在高值和低值之間變化的電流。
信號完整性是所有現代電子系統的基礎。該行業采用“完整性”一詞進行描述，因為它體現了遵循代碼、無消減而且完整、未分散。如果信號的波形因串擾、阻抗失配及損耗而與原始信號差異明顯，則接收器將無法讀取信號，從而導致信號完整性問題。這就是為什么信號完整性工程（分析和改進信號完整性問題）是設計集成電路（IC）、IC封裝和印刷電路板（PCB）的重要環節。
信號速度的增加以及PCB和封裝的尺寸縮小，將進一步增加處理信號完整性問題的挑戰。高速數字信號和更小的幾何結構可使信號噪聲和失真更明顯。不過，隨著挑戰的不斷增加，行業對如何應對這些挑戰的理解以及工程師用于定義、仿真和調整其電子系統的工具功能也會隨之增加。
由于材料中的電阻、移動電子產生的電磁場、其它電磁場產生的電流以及電路的電容，在電子從驅動器流向接收器時，會出現波形失真、噪聲、時間偏移和振幅減小的情況。在PCB中，材料、創建電路的跡線的形狀、各層的布置與厚度以及在層與層之間傳輸電流的方式，都會激發這些效應。
此外，還必須提及一些與電源完整性密切相關的問題。信號完整性應對的是PCB信號保真度問題，電源完整性則應對發送和接收這些信號的組件的電源的質量問題。影響信號完整性的阻抗、電感和衰減問題在電源完整性中也發揮著一定作用。此外，對某一方面進行調整可能會對另一方面產生負面影響，因此工程師改進設計時需要對這兩者進行仿真和測量。
為什么信號完整性很重要？
如果不解決信號完整性問題，數碼設備可能會出現嚴重問題。信號失真太大，就會導致無法正確接收電路中傳輸的0或1信號，并導致錯誤的二進制值，這時就會出現最嚴重的問題。
展開 2.5DIC硅中介電源完整性和可靠性簽核挑戰和解決方案【8月19日直播】
在 2.5D 集成芯片（2.5DIC）中，硅中介層（Silicon Interposer）作為異構芯片（如邏輯芯片、存儲芯片、加速器等）的 “互連樞紐”，其電源完整性（Power Integrity, PI） 和可靠性（Reliability） 是決定系統性能、穩定性和壽命的核心因素。電源完整性確保電源在傳輸和分配過程中滿足芯片的電壓精度和噪聲要求；可靠性則保障電源系統在長期工作中抵御物理、化學或熱應力導致的失效。
8月19日，Ansys官方策劃的研討會『2.5DIC硅中介電源完整性和可靠性簽核挑戰和解決方案』講解一種全新的仿真工作流程，下滑預約學習??
時間：8月19日（星期二），16：00-17：00
內容簡介：在缺少系統級芯片（SOC）數據的前提下，對中介層進行獨立仿真變得非常棘手和挑戰。在沒有系統級芯片（SOC）數據的情況下，通過對電網的穩健性檢查、層壓降分析、電遷移（EM）評估以及抗靜電放電（ESD）和電流密度檢查，來確保僅中介層設計的簽收安全性，并提高設計簽收效率。基于這些挑戰，我們提出了全新的仿真工作流程。
講師：
王曉東 | Ansys主任應用工程師
負責RedHawk/RedHawk_SC/RedHawk_SC_Electrothermal等產品的售前和售后技術支持，專注于Multi-physics，2.5D/3DIC 電源完整性分析，熱分析，以及應力分析等聯合仿真解決方案領域。
形式：線上
費用：免費
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技術鄰簡介：
技術鄰專注于工科技術社區，從最早的CAE技術社區（中國CAE聯盟）發展而來，在CAE領域有20年的教學和咨詢服務經驗。
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