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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如...
2020 - 09 - 02
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1709字,阅读时间预计6分钟编者按作者利用ANSYS Icepak和SIwave的双向耦合技术,分析了PCB的布线导热率分布、铜线焦耳热及其温度对导热率的影响,以此得到与真实情况最为相近的结果,用于评估发热问题。此方法可为企业设计与生产节约大量的时间及产品成本。印刷电路板(Printed Circuit Boards,以下简称PCB)是由绝缘介质(...
2020 - 08 - 26
作者:李桂花  安世亚太结构应用工程师本文共计422字,阅读时间预计2分钟编者按作者利用ANSYS单元的生死功能,通过修改单元刚度的方式,模拟出牛郎织女七夕节鹊桥相会的场景,让仿真充满生活气息,趣味十足。今天教大家用ANSYS单元生死技术做一个高端大气上档次的鹊桥相会。操作步骤第一步:建模模型很简单,一座拱桥,两颗爱心。第二步,画网格选择插入method,选择Body Fitted Ca...
2020 - 08 - 19
作者:谢文丽 上海安世亚太流体应用工程师本文共计2074字,阅读时间预计7分钟编者按作者使用工艺尺寸链计算软件——PDCC,一键计算,高效准确,解决了传统计算方式难以解决的问题,在生产阶段大幅度提高了工作效率。工艺尺寸是根据加工条件,在工艺规程中给出的尺寸,是为了保证零件图纸的尺寸而设计的。如果工艺尺寸设计不合理会直接导致零件加工不合格,因此对于复杂的轴类及箱体类零件、易变性零件等而言,保证工艺尺...

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产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析
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产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

介绍

前 言


随着时代的发展,技术的进步,客户对产品的性能要求越来越高,对外观的要求也越来越高,这也对厂家提出了更高的挑战。尺寸链计算与公差分析是连接产品设计和生产加工的桥梁和纽带,合理的公差设计,对于保证产品性能,外观质量,装配方便性都至关重要。


“尺寸链计算与公差分析”的必要性


机械设计包括三大部分:结构设计、参数设计、尺寸链计算(公差设计)。统计资料表明,虽然产品的设计开发在产品总成本中只占5%,但是产品总成本的70%却是在设计开发阶段内确定的,这里面65%以上成本是由公差决定的。产品质量差、性能价格比低、交货周期长以及创新能力弱是我国机械产品在市场竞争中落败的主要因素。而机械产品质量差很大程度上直接反映为产品制造精度或配合精度的低下,同时产品精度设计的好坏也直接影响产品的性能价格比。我国制造业企业的产品精度现状可以说是“该高的不高、该低的不低”,一直是影响产品市场竞争力的薄弱环节。为了提高产品精度,许多企业冒着巨大的投资风险,以高额资金引进高精设备,结果却利用率不高、成本大幅增长,甚至被巨额债务拖跨。而反观先进国家企业,设备并不一定比我们先进,但生产出来的产品往往比我们的产品精度要高、质量要好。


因此,低投入高效益的解决之道方是我国优先发展和推广的明智之举。仔细分析我国机械产品精度“技不如人”的根源,不难看出除了加工工艺与设备落后之外,精度设计与控制技术的落后也是重要原因。精度设计与控制技术归根结底就利用尺寸链计算原理合理的、经济的、高效的分配各个零件的制造、装配公差,真正实现产品的高质量、低成本、大批量生产。目前有些企业有一种错误的观点:认为“精度要求不高”,零部件的公差直接采用经验和设备即可保证产品装配,不需要采用尺寸链计算。实际上产品装配中干涉、性能、成本、质量等问题的解决都离不开尺寸链计算,应该说离开尺寸链计算的机械产品设计不是真正的产品设计,至少是不全面的产品设计。

 

图1是不同企业的两款车型,从图中我们可以直观看到左边车型的间隙、面差大且不均匀,产品质量完全不一样(价格当然也相差很大)。究其原因,左边车型的公差设计和控制存在严重的不足,缺少必要的尺寸链的计算和分析。


产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

图1


图2是某大型发动机局部装配图,由于发动机尺寸比较大,各零部件的公差相对较大,通过结构分析,产品完全能顺利装配。而在实际生产装配过程中,发现进气管、增压器通过连接管安装时非常困难(需要用锤子敲打才能装配成功)。该结构通过尺寸链的计算分析发现在X、Y、Z三个方向的误差值都远远超过连接管允许的变形量,通过对有关零部件公差进行调整,该结构实现了顺利装配。


产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

图2


在美国,尺寸链计算(公差设计、分析)已上升到国家层面,在1999年编制的《2010年及其后的美国国防制造工业》报告中明确指出:“许多国防系统都需要精密的公差,例如:采用模块化设计的系统(如现代喷气式发动机、潜艇、舰艇、航空电子元器件与装置、飞机、枪炮和地面车辆),模块化开发比非模块化开发更需要严格的配合和公差控制,必须明确、准确地定义制造工艺过程能力和装配顺序,以决定与模块化开发有关的累积尺寸公差。通过预计变化的详细设计,必须在设计阶段早期对模块或装配零部件之间累积公差做出评估。”同时,该报告中还明确地将“尺寸链计算”列入国防制造工业能力的需求,作为今后制造业发展的核心内容。


   近几年来,国内对尺寸链计算和公差分析也逐渐重视起来,无论是产品的设计、制造,还是性能和质量参数分析中,尺寸链计算与公差分析都得到了广泛应用,尤其是汽车、军工等各类大型企业,已经将尺寸链计算与公差分析作为其产品设计制造必不可少的重要环节之一,他们的成功也正是由于在这些重要环节下足了功夫。我们认为未来国家一定会强化公差设计,因为通过尺寸链计算,在设计阶段就能把相关的结构,尺寸问题暴露出来,从而提前解决很多问题。


“尺寸链计算与公差分析”的目的


企业可能会经常遇到以下困惑:

1、设计的产品,无法生产加工;

2、生产加工出的产品,无法满足客户或设计要求;

3、产品成本久高不下;

4、产品设计周期经常延期;

   ……….


导致以上困惑的重要原因之一是:产品设计者和生产加工者对零部件的精度要求存在某种矛盾,一方面,为了满足客户或质量要求,设计时需要提高零件的精度;另一方面,为了降低零件加工难道,生产加工时需要降低零部件精度。


尺寸链计算与公差分析正是为企业解决产品性能、质量问题,降低企业生产成本的有力工具。通过对产品进行尺寸链计算与公差分析,可以设计出合理的产品尺寸及公差,可以帮助企业实现以下目的:


1、 合理设定零件的公差以减少零件的制造成本。

2、 判断零件的可装配性,判断零件是否在装配过程中发生干涉。

3、 判断零件装配后产品关键尺寸是否满足外观、质量以及功能等要求。

4、 在开发阶段就仿真出来生产合格率,对产品进行风险评估及预防。

5、对于批量生产、装配的产品,解决产品的互换性问题。

6、优化产品的设计,这是公差分析非常重要的一个目的。当通过公差分析发现产品设计不满足要求时,一般有两种方法来解决问题。其一是通过精密的零件公差来达到要求,但这会增加零件的制造成本;其二是通过优化产品的设计(例如,增加装配定位特征)来满足产品设计要求,这是最好的方法,也是公差分析的意义所在。

6、 公差分析除了用于产品设计中,还可用于产品装配完成后,当产品的装配尺寸不符合要求时,可以通过公差分析来分析制造和装配过程中出现的问题,寻找问题的根本原因。

7、在设计阶段进行尺寸公差分析,可以从根本上解决开发设计过程中的尺寸问题,最大程度地优化零部件、工装的公差分配,协调各相关部门和供应商对产品的尺寸质量进行系统科学的管理、优化和改进,及时整改设计和工艺,提高单件或总成的尺寸质量,减少生产线调试阶段的零部件公差匹配时间,减少后期的被动设计变更,降低成本,同时加快产品投向市场的速度。


“尺寸链计算与公差分析”的应用


伴随着生活品质的提高,人们对各类产品的质量要求也越来越高,例如:手机、电脑、空调、汽车等等,那么高质量要求也随之带来了更激烈的产品竞争。


下面是“DCC尺寸链计算与公差分析”软件的两个应用案例:


一、DCC在新能源充电设备上的应用

充电桩是具有人机交互作用的交直流输出电气设备 ,分为直流快充和交流慢充,充电桩通过充电枪和车载充电机接口连接为汽车提供电能。充电枪是非常重要的一个部件,他是充电桩和车载充电机连接的桥梁。如果公差设计不合理就会导致安装困难或精度达不到要求等问题,影响汽车充电。下面是充电枪关键尺寸链校核案例:


·  充电枪结构简图及问题

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析


· 尺寸连图

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

 

· 结论

(1)通过DCC软件进行尺寸链计算,求得A0处的尺寸为:极值法计算结果为: 3.4 ,概率法计算结果为:3.5±0.12。

(2)通过软件仿真分析功能分析,发现现有公差能满足产品质量性能要求,产品合格率为99.12%,下偏差有少量超差,可忽略不计。

 

建议:通过仿真分析,如果还要提高合格率,可根据软件自动提示的建议对公差进行修改。(把A1的公差带往上移)


二、DCC在手机上的应用


·  手机分析需求


曲屏手机的屏幕与壳体之间通过密封胶粘接,但存在胶缝不均匀的现象,影响手机的外观。


产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析 


造成胶缝不均匀的因素有:屏幕尺寸误差、壳体尺寸误差、装配误差包括偏移误差和倾斜(旋转)误差、胶层厚度误差(装配时,装配压紧力与胶层厚度存在关系,力越大,胶层厚度越薄,装配屏幕受力不均及胶量差异会导致不同点胶层厚度误差,胶量差异后续计算中忽略不计)等。通过计端面间隙误差侧面间隙误差圆角处间隙误差就可全面反应出屏幕与壳体之间的间隙情况。


产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析


下面是侧面间隙误差计算的分析过程:


· 结构示意图如下:

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

其中: B1为屏幕长度, B4为屏幕间隙面到

粘接面厚度。

A2为壳体宽度, A4为壳体间隙面到粘接面厚度。

D1、 D2为两侧密封胶厚度(和装配时压力有关,实际计算时也可使用装配压紧力的相关参数进行等效计算)。

α为屏幕与壳体的倾斜角度。

M2 为屏幕与壳体沿侧面的装配定位误差。

 

·   绘制尺寸链图及计算结果

 

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析


· 优化结果


通过计算可知,需对竖直方向的间隙P1进行优化,若将P1控制在0.07±0.07时,仿真计算产品合格率达到99.9%,通过中间计算竖直方向密封胶厚度应修改为0.07±0.02。


产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

 

结束语


好的公差分析软件,可以在设计阶段即大幅度提高工作效率,解决传统方法难以解决的问题。“DCC尺寸链计算与公差分析软件”是对以往仅仅靠经验和实验手段,以手工计算的方式的革命性改变,对于提高产品质量,降低产品成本、降低开发周期,解决的行业难题有着无可比拟的优势。

 


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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为偏远地区配制一套过滤系统以提供洁净的饮用水,工程师都需要考虑液体、固体和气体之间的相互作用。在这些不尽相同的多相流应用中,每一种仿真都需要不同的建模方法。40多年来,ANSYS开发了可以精确模拟多相流的仿真工具,已经被广泛运用在各个工业领域,以预测产品性能。精确的多相流仿真依赖于精确的物理模型精确的多相流模拟依赖于各相之间的机械、热和化学相互作用的精确预测,但是观测这些物理过程成本高昂甚至会遇到难以观测的问题。现在,工程师可以依靠多相流建模与仿真技术,深入了解并掌握提高效率、产量、安全性、可靠性的要素。■ 多相流模拟可以展现随地点位置变化的流型状态。例如,油气井底的流型可能完全是单相液体,但随着高度升高,气泡逐渐生成,流型会过渡到多相状态。因此在此类物理过程中,在不同的地点位置需要设置不同的多相流模型。■ 多相流模拟比单相流模拟的难度更高。完整描述多相流需要求解每一相的质量、动量和能量方程以及各相之间的相互作用。由于物理现象的多样性和多种流型同时存在的可能性,各相之间的合理模拟变得至关重要。▲ 油气井底部可能完全充满液体,但在上升过程中,压力下降,由于溶解气体析出,流型将过渡到气泡流。油气井仿真需要多种多相流模型精确的模拟不同井深处的特殊流型。自由表面流自由表面流包括两种或更多种不混溶的流体,每种流体被假定为在大部分流域具有连续性特征。每种流体有明显可识别的流动...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。■ 处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。Flownex软件简介Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用。■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如果模具的速度加载更快,那就意味着同样的时间范围内,可以生产出更多产品,经济效益就会更好。但是模具加载速度越快,对模具的承载要求也就越高。本文对一简单球型拉伸模进行不同速度的加载,来测试模具承受的等效应力。模具工况图-1 模具图■ 采用有限元对模具应力仿真,为了考虑到整个模具,此处对凸模和凹模分别进行分析。■ 另外,拉伸件是对称件,仅采用1/4模型进行模拟,对称边采用约束定义。■ 本次模拟采用Lagrangian incremental法,仅考虑Deformation,模拟步数为6,1步保存1次,进行模具静力分析。■ 在DEFROM中,冲压成形工艺。如果考虑模具受力问题,把模具设置为柔性件,不仅需要设置材料,而且需要进行网格划分。■ 但是此处不需要考虑板料变形,因前面已经分析了板料成形问题(即分别在冲压速度为10、50、100mm/s的情况下进行仿真分析),其计算结果的加载力如图-2所示。图-2 不同速度下凸、凹模加载力模具材料类型采用弹性模型,温度设置为20°C,材料采用Cr12,即AISI D3钢,密度为7.8e-9mm3/kg,杨氏模量为206754MPa,泊松比为0.3。材料曲线如图-3所示:材料曲线描述了不同加载速度下,考虑应变率效应,对不同应变率下参数的调整。此曲线仅供参考。图-3 Cr12材料曲线利用DEFORM前处理中...
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