圓盤類零件的案例
算例丨圓盤類零件的振動模態與動態響應有限元分析
前 言
回轉圓盤類結構在航空、航天及現代機械工業中有著廣泛的應用。例如圓鋸片、鋸片式銑刀、砂輪片等，這些零件在材料的切削中起著非常重要的作用。隨著原材料資源的匱乏，對圓盤零件刀具在切削加工中材料的損失提出了較高要求。在計算機領域，隨著現代化工業的不斷發展，人們對計算機的依賴程度日益加深，不斷地對計算機的運行速度、存儲量、穩定性和噪聲等方面提出更高的要求，而這些方面都與計算機的回轉硬盤有關。因而對回轉圓盤零件的穩定性研究有著重要的現實意義。[1~3]
有限元法（Finite Element Method, FEM）是結構分析中最有效的一種數值分析方法。隨著計算機圖形技術、仿真技術的不斷提高，越來越多的有限元分析軟件應運而生。Abaqus是一款優秀的非線性有限元軟件，可以分析復雜的結構力學系統，尤其能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。[4]本文就將利用Abaqus對圓盤零件進行分析。
這里給出一個空心圓盤的例子。[5]令圓盤外徑為1000mm，內徑為140mm，均勻厚度為0.8mm。材料的彈性模量為E=210000MPa，泊松比為
，密度為
。
本文將首先通過對圓盤進行旋轉仿真模擬，得出連接單元的相對平移和旋轉及連接單元的反作用力和力矩。然后對其進行模態分析，得到圓盤結構的振型和固有頻率。
展開 《ANSYS 工程應用范例入門與提高（含光盤）》
第1章建模與網格劃分
1.1桿類零件的建模與網格劃分
1.2軸類零件的建模與網格劃分
1.3圓盤類零件的建模與網格劃分
1.4支座類零件的建模與網格劃分
第2章結構線性靜力學分析
2.1拉伸過程分析
2.2壓縮過程分析
2.3彎曲過程分析
2.4接觸過程分析
2.5綜合分析
第3章非線性分析
3.1幾何非線性分析
3.2材料非線性分析
3.3狀態非線性分析
第4章動力學分析
4.1模態分析
4.2諧響應分析
4.3瞬態動力學分析
4.4譜分析
第5章熱分析
5.1穩態熱傳導
5.2瞬態熱傳導
5.3相變
5.4熱輻射
5.5熱應力
5.6綜合分析
第6章電磁場分析
6.1靜態電磁場分析
6.2諧性電磁場分析
6.3瞬態電磁場分析
6.4高頻電磁場分析
6.5電磁諧振腔分析
第7章流體動力學分析
7.1靜態流場分析
7.2層流分析
7.3湍流分析
展開 數控車偏心類零件計算
偏心工件類零件傳統加工手段和改進三爪車削法雖能完成偏心工件類零件加工的任務, 但其加工困難、效率低、互換性和精度難保證的缺陷是現代高效高精加工理念所不容的。
三爪卡盤車偏心的原理、方法及注意的問題
三爪卡盤車偏心的原理：將工件待加工表面的旋轉中心調整到與機床主軸軸線同心。將裝夾部分的幾何形心調整到與主軸軸線的距離等于偏心距。
墊片厚度計算(初始、最終)l 墊片厚度計算公式：x=1.5e+k 式中：
e——工件偏心距，mm;
k-——修正值（由試車后求得，既是k≈1.5△e），mm；
△e——試車后實測偏心距與要求偏心距的誤差（即△e=e-e測），mm；
e測——實測偏心距，mm；
例1
車削偏心距為3mm的工件，若用試選墊片厚度車削后，實測偏心距為3.12mm，求墊片厚度的正確值。l解：試選墊片厚度為：
X=1.5e=1.5×3mm=4.5mm
△e=（3-3.12）mm=-0.12mm
K=1.5△e=1.5×（-0.12）mm=-0.18mm
根據公式得：x=1.5e+k=（4.5-0.18）mm=4.32mm
墊片厚度的正確值為4.32mm。
l例2 在三爪自定心卡盤的一個卡爪墊上厚度為10mm的墊片車削偏心工件，車削后測得工件偏心距比圖樣要求小0.65mm。求墊片厚度的正確值。
展開 數控車偏心類零件計算
偏心工件類零件傳統加工手段和改進三爪車削法雖能完成偏心工件類零件加工的任務, 但其加工困難、效率低、互換性和精度難保證的缺陷是現代高效高精加工理念所不容的。
三爪卡盤車偏心的原理、方法及注意的問題
三爪卡盤車偏心的原理：將工件待加工表面的旋轉中心調整到與機床主軸軸線同心。將裝夾部分的幾何形心調整到與主軸軸線的距離等于偏心距。
墊片厚度計算(初始、最終)l 墊片厚度計算公式：x=1.5e+k 式中：
e——工件偏心距，mm;
k-——修正值（由試車后求得，既是k≈1.5△e），mm；
△e——試車后實測偏心距與要求偏心距的誤差（即△e=e-e測），mm；
e測——實測偏心距，mm；
例1
車削偏心距為3mm的工件，若用試選墊片厚度車削后，實測偏心距為3.12mm，求墊片厚度的正確值。l解：試選墊片厚度為：
X=1.5e=1.5×3mm=4.5mm
△e=（3-3.12）mm=-0.12mm
K=1.5△e=1.5×（-0.12）mm=-0.18mm
根據公式得：x=1.5e+k=（4.5-0.18）mm=4.32mm
墊片厚度的正確值為4.32mm。
例2 在三爪自定心卡盤的一個卡爪墊上厚度為10mm的墊片車削偏心工件，車削后測得工件偏心距比圖樣要求小0.65mm。求墊片厚度的正確值。
已知偏心距誤差△e=0.65mm
近似墊片厚度：X試=1.5e=10mm
K=1.5△e=1.5×0.65mm=0.975mm
根據公式得：x=1.5e+k=（10+0.975）mm=10.975mm
墊片厚度的正確值為10.975mm。
展開 
數控車偏心類零件計算
偏心工件類零件傳統加工手段和改進三爪車削法雖能完成偏心工件類零件加工的任務, 但其加工困難、效率低、互換性和精度難保證的缺陷是現代高效高精加工理念所不容的。
三爪卡盤車偏心的原理、方法及注意的問題
三爪卡盤車偏心的原理：將工件待加工表面的旋轉中心調整到與機床主軸軸線同心。將裝夾部分的幾何形心調整到與主軸軸線的距離等于偏心距。
墊片厚度計算(初始、最終)l 墊片厚度計算公式：x=1.5e+k 式中：
e——工件偏心距，mm;
k-——修正值（由試車后求得，既是k≈1.5△e），mm；
△e——試車后實測偏心距與要求偏心距的誤差（即△e=e-e測），mm；
e測——實測偏心距，mm；
例1
車削偏心距為3mm的工件，若用試選墊片厚度車削后，實測偏心距為3.12mm，求墊片厚度的正確值。l解：試選墊片厚度為：
X=1.5e=1.5×3mm=4.5mm
△e=（3-3.12）mm=-0.12mm
K=1.5△e=1.5×（-0.12）mm=-0.18mm
根據公式得：x=1.5e+k=（4.5-0.18）mm=4.32mm
墊片厚度的正確值為4.32mm。
例2 在三爪自定心卡盤的一個卡爪墊上厚度為10mm的墊片車削偏心工件，車削后測得工件偏心距比圖樣要求小0.65mm。求墊片厚度的正確值。
已知偏心距誤差△e=0.65mm
近似墊片厚度：X試=1.5e=10mm
K=1.5△e=1.5×0.65mm=0.975mm
根據公式得：x=1.5e+k=（10+0.975）mm=10.975mm
墊片厚度的正確值為10.975mm。
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偏心工件類零件傳統加工手段和改進三爪車削法雖能完成偏心工件類零件加工的任務, 但其加工困難、效率低、互換性和精度難保證的缺陷是現代高效高精加工理念所不容的。
三爪卡盤車偏心的原理、方法及注意的問題
三爪卡盤車偏心的原理：將工件待加工表面的旋轉中心調整到與機床主軸軸線同心。將裝夾部分的幾何形心調整到與主軸軸線的距離等于偏心距。
墊片厚度計算(初始、最終)l墊片厚度計算公式：x=1.5e+k 式中：
e——工件偏心距，mm;
k-——修正值（由試車后求得，既是k≈1.5△e），mm；
△e——試車后實測偏心距與要求偏心距的誤差（即△e=e-e測），mm；
e測——實測偏心距，mm；
例1
車削偏心距為3mm的工件，若用試選墊片厚度車削后，實測偏心距為3.12mm，求墊片厚度的正確值。l解：試選墊片厚度為：
X=1.5e=1.5×3mm=4.5mm
△e=（3-3.12）mm=-0.12mm
K=1.5△e=1.5×（-0.12）mm=-0.18mm
根據公式得：x=1.5e+k=（4.5-0.18）mm=4.32mm
墊片厚度的正確值為4.32mm。
l例2 在三爪自定心卡盤的一個卡爪墊上厚度為10mm的墊片車削偏心工件，車削后測得工件偏心距比圖樣要求小0.65mm。求墊片厚度的正確值。
展開 軸套類零件怎么就變形了？
河南平原光電有限公司
邵 軍 李紅義 李寶生 李廣周
《金屬加工》2017年 收錄
軸套類零件大多屬于薄壁構件，結構并不復雜，精度要求相對較高，在產品中主要起定位、旋轉的作用，并承受一定的徑向力和軸向力。其加工質量的好壞，直接影響產品的功能和壽命。幾乎每個產品中都有軸套類零件，在加工中往往由于變形嚴重而影響其尺寸精度、形狀精度。要解決此問題，必須分析原因，采取有效的措施，才能保證零件精度。
一、零件的結構特點
公司某型號產品中軸套類零件較多，零件精度也較高，如短空心軸（見圖1）和解算器座（見圖2），其尺寸精度為IT5～IT7，同軸度為φ0.008～φ0.015mm，垂直度為0.010～0.015mm。具有精度要求高、壁薄易變形的特點。
二、加工中的問題及難點
在加工短空心軸零件時，考慮到其壁薄、容易變形，因此工藝要求粗、精加工分開，中間安排時效去應力處理。精加工后，零件在裝備上處于夾緊狀態時，用杠桿表、百分表分別測零件的孔徑尺寸和圓度都符合圖樣要求，但卸下再檢測，孔變形量達0.1～0.2mm，導致孔徑尺寸和圓度超差，影響裝配要求。
考慮到解算器座零件精度要求高，工藝要求在高精度車削中心上一次裝夾完成其外圓、內孔和臺階的加工，以保證其同軸度、圓度要求。零件加工完后，在三坐標測量儀上檢測，孔變形量達0.05～0.15mm。在采取了粗、精加工分開，中間安排時效處理后，仍達不到零件尺寸精度要求。
這兩種比較典型的軸套類零件，材料均為鋁棒2A12-T4，精加工時不能磨削加工，工藝難點是加工過程中零件出現變形，嚴重影響到尺寸及位置精度。
三、變形原因分析及控制
零件在加工過程中產生的變形包括：
①零件加工后，內應力重新分布產生的變形。
②定位面平面度達不到要求，回彈產生的變形。
展開 曲柄類零件的輕量化
本文以自行車曲柄為例，簡單分享曲柄類零件的優化。
其實在這之前，已有加拿大山地自行車配件大廠RACEFACE使用INSPIRE優化出經典的Turbine、Atlas等系列曲柄
（可以ALTAIR官網中找到相關文章）
在INSPIRE中畫出簡單的曲柄模型
如上圖
盡管在實際中曲柄沿軸心轉動，但這里就需要把重心添加固定約束固定住。再在另一端施加載荷。
而除了施加正常的切線方向的力外，還可以施加一點側向的力，分兩個工況，讓材料分布更均勻。
最后施加對稱約束，以控制形狀。
最后得出以下結果，據我自己優化過相似工況的零件，如不施加其他形狀控制，得出結果非常高的幾率呈現中空狀
實際也確實如此，在較久以前，自行車曲柄也就開始使用中空曲柄，來輕量化以及增加剛性。
方案二：如果想優化成raceface的樣子，只需要添加單向拔模的約束，
二次優化后：
展開 汽車線束固定防護類零件應用
圖21 當前車頂線束的固定
圖22 線束在頂棚上的固定
6 結束語
通過對線束固定防護類零件的使用環境、應用舉例和性能參數進行討論，對線束總成的安裝與防護設計起到一定的參考作用。
軸套類零件折疊缺陷分析及解決方法
（a）正擠
（b）鐓擠
(c) 反擠
▲ 圖-8 各工序鍛件圖
04.總結
NO.1
針對軸對稱類的零件，如果出現匯流類折疊缺陷，可以采用調整成形工藝，盡量避免內側的空隙出現，以減少后續工藝成形時金屬在此處匯聚。
NO.2
DEFORM軟件在進行金屬體積成形類工藝仿真時，能夠預測各種缺陷，與物理試驗相比，具有準確、快速等特點，可以為工藝工程師提供非常好的幫助。
*本文版權歸上海安世亞太所有，如需轉載，請與我們聯系。
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MoldFlow多孔或柵格類零件模流等效分析指南
<p class="ql-align-center"><br></p><p>塑膠零部件產品在需要散熱、通風或者多信號接入時，局部會有很多小孔或者柵格，如下圖所示，此時如果進行模流分析，網格的數目會急劇上升，分析時間較長；</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202503/22b5a7665afbdfbdc820ad801e1b8c47.png"></p><p>針對這種情況，MoldFlow2023新增了專門針對多孔或者多柵格類零件的等效分析模式，以前此功能只能應用于中性面，產品應用范圍有限，現在可以應用在3D網格分析（理論所有產品都適用），使用此功能后可以有效的減少網格數目和分析時間！
展開 
副箱驅動齒輪類零件鍛造模具壽命提升
副箱驅動齒輪類零件因為厚度厚、壁薄的特點，使得相應的鍛造模具型腔也比較深且型腔壁較薄，成形過程中極易在模具壁薄處產生破裂問題，造成模具壽命不高，鍛件成本居高不下。
圖1 為我公司設計的某副箱驅動齒輪示意圖，該齒輪鍛件外徑為
φ140mm，總厚度91.6mm。該類直徑小、厚度厚、形狀類似法蘭盤的零件，其模具壽命不高一直是困擾我們的問題。
鍛造工藝探討
原有工藝
圖1 某副箱驅動齒輪
一般情況下，針對副箱驅動齒輪類零件，開式模鍛是其最廣泛使用的模鍛方法，這種方法的優點在于模具壁厚，鍛件有充裕的坯料可以充滿各個圓角，飛邊對模具受力起到緩沖作用，保證了模具壽命，但是其飛邊材料損耗為鍛件重量的10%～50%，平均約為30%，而材料費占模鍛件成本的60%～70%，所以我們將此類鍛件改為閉式生產。
原因分析
閉式模鍛是坯料在封閉型槽內以鐓粗或擠壓的方式變形成鍛件的。同開式模鍛相比，閉式模鍛最后成形部分必須靠模壁封住坯料進行內部充滿，這對模壁強度要求比較高。在以前設計時只考慮鍛件型腔，對模壁強度考慮不足，但是對于圖2 紅色標記所示部位需要充滿，在坯料接觸外壁后必須繼續下壓模具，導致模具受力過大，鍛件模壁薄弱處，特別是根部圓角(圖3）在成形后期受力過大破裂。
改善后的閉式熱模鍛工藝
為了提高模具壽命，針對此類法蘭類薄壁鍛件，我們統一考慮更改模具結構，將模具整體結構更改成分體結構，同時調整模具設計思路。為防止
φ89.6mm 處模具受力過大，我們將難充滿的
φ66.5mm 部位做成分體式結構，同時在
φ89.6mm處增加排氣孔，減輕該處成形過程中憋氣的情況，如圖4 所示。
展開 法蘭類零件的車削加工與夾具設計
在電子通信領域，小尺寸法蘭類零件的應用比較廣泛。某法蘭類零件結構如圖1所示。
圖1 法蘭類零件
法蘭類零件主要由方形底座和回轉體的外圓、內孔及外螺紋構成。采用普通機床加工，常規的工藝方法是將毛坯料按方形底座尺寸及總高度尺寸銑削成長方體，再在長方體端面中心鉆1個比零件最小內孔略小的孔（見圖2）。以孔定位，頂尖頂持車削完成所有外圓及外螺紋，然后采用特殊結構的軟爪夾持，車削不同尺寸的內孔。采用這種方法車削加工，不僅零件裝夾次數多，而且當零件沒有合適的夾持外圓時，就必須夾持外螺紋，容易造成外螺紋變形。
圖2 零件車前毛坯
針對車削加工過程裝夾次數多、易損壞外螺紋的問題。考慮優化車削工藝過程，設計制作車床夾具，1次裝夾，通過切換夾緊方式，在保正被加工零件的裝夾位置不變的情況下，分別完成所有外圓、外螺紋和內孔的加工。
車床夾具的設計制作
根據確定的設計方案，設計制作出如圖3所示的車床夾具。其中夾具體與心軸組合完成法蘭零件的外圓、外螺紋加工，夾具體與壓蓋組合完成法蘭零件的內孔加工。
圖3 車床夾具
1.夾具體 2.心軸 3.壓蓋 4.防轉銷
車床夾具的使用
在車削加工法蘭零件時，先將夾具體裝夾在三爪自定心卡盤上找正，法蘭零件底面貼在夾具體端面、側面緊貼防轉銷，然后，將心軸通過法蘭零件毛坯中心的孔插入夾具體中心的孔內（注意：法蘭零件毛坯中心的孔、夾具體中心的孔與心軸的配合間隙在0.03mm范圍內，心軸插入夾具體中心孔內長度在20mm以上）。尾座頂尖頂持心軸端面頂尖孔，夾緊法蘭零件毛坯，進行法蘭零件的外圓、外螺紋車削加工。使用原理如圖4所示。
展開 Abaqus拓撲優化（類扳手零件）仿真案例講解
Abaqus拓撲優化（類扳手零件）仿真案例講解
齒輪類零件變形影響因素及熱處理工藝
熱處理工序作為最后工序，其上游所有工序都會為零件熱處理變形埋下種子，因此研究熱處理變形不能單一地研究熱處理工藝本身，而應該著眼于零件結構、材料以及零件的所有加工工序。
2.退火工藝
將偏離平衡狀態的金屬加熱至較高溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻，以得到接近于平衡狀態組織的各種工藝方法，統稱為退火。退火的目的在于均勻化學成分、改善力學性能及工藝性能、消除或減小內應力，并為零件最終熱處理提供合適的內部組織。
3.完全淬火工藝
將亞共析鋼或其制件加熱到Ac3點以上溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻，得到馬氏體組織，以提高強度、硬度及耐磨性的熱處理稱為完全淬火。
三、零件熱處理變形試驗實例
我公司生產一種齒輪類零件，簡圖及熱后機加工位置見圖1。該零件的工藝流程為下料→鍛造→正火→精車→滾齒→插內花鍵→剃齒→滲碳→淬火→回火→拋丸→磨棱→車端面及內孔。材料為8620RH，熱處理技術要求為：淬硬層深0.84～1.34mm，表面硬度58～63HRC，心部硬度30～45HRC，金相組織符合TES-003標準。
零件產量較大，采用串放式備料，其直徑大（219.2～219.45mm），壁厚較薄（27.05mm），且結構為不完全對稱，即B端面側為直徑小的內孔，而A端面側為直徑大的內花鍵，導致該類結構零件兩端面（A和B端面）的熱變形存在趨勢不一致的特點。
2016年底，該零件成品突發熱處理后B端面的跳動超差（工藝要求熱后端面跳動值≤0.06mm）的情況，進而造成鼓形量與齒向角度超差。對該批次中剩余的已完成鍛造、熱前機加工序的零件，通過在熱處理工序環節，進行臨時試驗、微調工藝，以最大程度控制熱變形量、減小零件不合格率。
展開 