深入解析全自动动平衡机G0.4精度等级的技术要求
在现代工业生产中，动平衡机的精度等级直接关系到旋转部件的运行稳定性和使用寿命。本文将针对全自动动平衡机G0.4精度等级展开深度技术解析，带您了解这一关键指标背后的技术要求。😊
一、G0.4精度等级的定义与意义
G0.4是ISO 1940标准中定义的高精度平衡等级，表示每千克转子质量允许的残余不平衡量为0.4g·mm/kg。这个数值越小，说明平衡精度要求越高。✨
达到G0.4级别的动平衡机主要应用于：
- 精密机床主轴
- 高速电机转子
- 航空发动机部件
- 医疗设备核心旋转部件
二、关键技术要求分析
1. 测量系统精度
要实现G0.4级别的平衡精度，测量系统必须满足：
- 相位测量误差≤±1°
- 幅值测量分辨率达到0.01g·mm
- 采样频率不低于10kHz
- 具备实时滤波和抗干扰能力
2. 机械系统要求
机械结构的设计直接影响测量准确性：
- 轴承支撑刚度系数＞100N/μm
- 径向跳动＜0.5μm
- 轴向窜动＜1μm
- 驱动系统采用无接触磁力驱动
3. 环境控制要求
环境因素对高精度平衡影响显著：
- 温度波动＜±0.5℃/h
- 相对湿度控制在45%-65%
- 地基振动＜1μm(10-100Hz)
- 电磁干扰＜1V/m
4. 校准与验证
G0.4级别需要严格的校准流程：
- 使用标准转子进行日常校验
- 每周进行一次全量程校准
- 每季度由计量机构进行第三方验证
- 保留完整的校准记录和追溯链
三、实现G0.4的关键技术
1. 多重传感器融合技术
现代高精度动平衡机通常采用：
- 4-8个高灵敏度振动传感器
- 红外温度监测
- 转速编码器精度＞20000脉冲/转
- 多通道同步采集系统
2. 智能补偿算法
先进的算法包括：
- 基于机器学习的误差补偿
- 自适应重心跟踪
- 动态刚度补偿
- 温度漂移实时修正
3. 全自动化控制
实现G0.4需要：
- 自动定位系统精度＜5μm
- 伺服驱动修正机构
- 机器人自动上下料
- 闭环反馈控制系统
四、应用案例分析
某航空发动机叶片动平衡项目采用G0.4标准，实现了：
- 残余振动＜0.5μm
- 平衡效率提升60%
- 产品合格率从92%提高到99.8%
- 设备MTBF＞5000小时
五、未来发展趋势
G0.4级别技术仍在持续进化：
- 向G0.2甚***更高精度发展
- 集成数字孪生技术
- 结合5G实现远程诊断
- AI驱动的预测性维护
总结：G0.4精度等级的全自动动平衡机代表着当前工业领域的顶尖水平，其技术要求涵盖了精密机械、先进传感、智能算法和严格的质量控制等多个维度。随着制造业向高质量发展转型，这类高精度设备的需求将持续增长。企业投资这类设备时，不仅要关注硬件参数，更要重视长期维护和技术升级能力。💡
本人大四学生想求原油蒸馏常减压系统的控制设计
原油蒸馏控制软件简介2008-05-26 14:54转 永立 抚顺石油化工研究院 DCS在我国炼油厂应用已有15年历史，有20多家炼油企业安装使用了不同型 号的DCS，对常减压装置、催化裂化装置、催化重整装置、加氢精制、油品调合等实施 过程控制和生产管理。 其中有十几套DCS用于原油蒸馏，多数是用于常减压装置的单回 路控制和前馈、串级、选择、比值等复杂回路控制。 有几家炼油厂开发并实施了先进控制 策略。 下面介绍DCS用原油蒸馏生产过程的主要控制回路和先进控制软件的开发和应用 情况。 一、工艺概述 对原油蒸馏，国内大型炼油厂一般采用年处理原油250～270万吨的常减压装置 ，它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸 汽系统组成。 该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油，还要生 产出催化裂化原料、氧化沥青原料和渣油；对于燃料一润滑油型炼油厂，还需要生产润滑 油基础油。 各炼油厂均使用不同类型原油，当改变原油品种时还要改变生产方案。 燃料一润滑油型常减压装置的工艺流程是：原油从罐区送到常减压装置时温度一般为 30℃左右，经原油泵分路送到热交换器换热，换热后原油温度达到110℃，进入电脱 盐罐进行一次脱盐、二次脱盐、脱盐后再换热升温***220℃左右，进入初馏塔进行蒸馏 。 初馏塔底原油经泵分两路送热交换器换热***290℃左右，分路送入常压加热炉并加热 到370℃左右，进入常压塔。 常压塔塔顶馏出汽油，常一侧线（简称常一线）出煤油， 常二侧线（简称常二线）出柴油，常三侧线出润料或催料，常四侧线出催料。 常压塔底重 油用泵送***常压加热炉，加热到390℃，送减压塔进行减压蒸馏。 减一线与减二线出润 料或催料，减三线与减四线出润料。 二、常减压装置主要控制回路 原油蒸馏是连续生产过程，一个年处理原油250万吨的常减压装置，一般有130 ～150个控制回路。 应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现，另一部分则用*** 语言编程来实现。 下面介绍几种典型的控制回路。 1．减压炉0．7MPa蒸汽的分程控制 减压炉0．7MPa蒸汽的压力是通过补充1．1MPa蒸汽或向0．4MPa乏气 管网排气来调节。 用DCS控制0．7MPa蒸汽压力，是通过计算器功能进行计算和判 断，实现蒸汽压力的分程控制。 0．7MPa蒸汽压力检测信号送入功能块调节器，调节 器输出4～12mA段去调节1．1MPa蒸汽入管网调节阀，输出12～20mA段去 调节0．4MPa乏气管网调节阀。 这实际是仿照常规仪表的硬分程方案实现分程调节， 以保持0．7MPa蒸汽压力稳定。 2．常压塔、减压塔中段回流热负荷控制 中段回流的主要作用是移去塔内部分热负荷。 中段回流热负荷为中段回流经热交换器 冷却前后的温差、中段回流量和比热三者的乘积。 由中段回流热负荷的大小来决定回流的 流量。 中段回流量为副回中路，用中段热负荷来串中段回流流量组成串级调节回路。 由D CS计算器功能块来求算冷却前后的温差，并求出热负荷。 主回路热负荷给定值由工人给 定或上位机给定。 3．提高加热炉热效率的控制 为了提高加热炉热效率，节约能源，采取了预热入炉空气、降低烟道气温度、控制过 剩空气系数等方法。 一般加热炉控制是利用烟气作为加热载体来预热入炉空气，通过控制 炉膛压力正常，保证热效率，保证加热炉安全运行。 （1）炉膛压力控制 在常压炉、减压炉辐射转对流室部位设置微差压变送器，测出炉膛的负压，利用长行 程执行机构，通过连杆来调整烟道气档板开度，以此来维持炉膛内压力正常。 （2）烟道气氧含量控制 一般采用氧化锆分析器测量烟道气中的氧含量，通过氧含量来控制鼓风机入口档板开 度，控制入炉空气量，达到***过剩空气系数，提高加热炉热效率。 4．加热炉出口温度控制 加热炉出口温度控制有两种技术方案，它们通过加热炉流程画面上的开关（或软开关 ）切换。 一种方案是总出口温度串燃料油和燃料气流量，另一种方案是加热炉吸热一供热 值平衡控制。 热值平衡控制需要使用许多计算器功能块来计算热值，并且同时使用热值控 制PID功能块。 其给定值是加热炉的进料流量、比热、进料出口温度和进口温度之差值 的乘积，即吸热值。 其测量值是燃料油、燃料气的发热值，即供热值。 热值平衡控制可以 降低能耗，平稳操作，更有效地控制加热炉出口温度。 该系统的开发和实施充分利用了D CS内部仪表的功能。 5．常压塔解耦控制 常压塔有四个侧线，任何一个侧线抽出量的变化都会使抽出塔板以下的内回流改变， 从而影响该侧线以下各侧线产品质量。 一般可以用常一线初馏点、常二线干点（90％干 点）、常三线粘度作为操作中的质量指标。 为了提高轻质油的收率，保证各侧线产品质量 ，克服各侧线的相互影响，采用了常压塔侧线解耦控制。 以常二线为例，常二线抽出量可 以由二线抽出流量来控制，也可以用解耦的方法来控制，用流程画面发换开关来切换。 解 耦方法用常二线干点控制功能块的输出与原油进料量的延时相乘来作为常二线抽出流量功 能块的给定值。 其测量值为本侧线流量与常一线流量延时值、常塔馏出油量延时值之和。 组态时使用了延时功能块，延时的时间常数通过试验来确定。 这种自上而下的干点解耦控 制方法，在改变本侧线流量的同时也调整了下一侧线的流量，从而稳定了各侧线的产品质 量。 解耦控制同时加入了原油流量的前馈，对平稳操作，克服扰动，保证质量起到重要作 用。 三、原油蒸馏先进控制 1．DCS的控制结构层 先进控制***今没有明确定义，可以这样解释，所谓先进控制广义地讲是传统常规仪表 无法构造的控制，狭义地讲是和计算机强有力的计算功能、逻辑判断功能相关，而在DC S上无法简单组态而得到的控制。 先进控制是软件应用和硬件平台的联合体，硬件平台不 仅包括DCS，还包括了一次信息采集和执行机构。 DCS的控制结构层，大致按三个层次分布： ·基本模块：是基本的单回路控制算法，主要是PID，用于使被控变量维持在设定 点。 ·可编程模块：可编程模块通过一定的计算（如补偿计算等），可以实现一些较为复 杂的算法，包括前馈、选择、比值、串级等。 这些算法是通过DCS中的运算模块的组态 获得的。 ·计算机优化层：这是先进控制和***控制层，这一层次实际上有时包括好几个层次 ，比如多变量控制器和其上的静态优化器。 DCS的控制结构层基本是采用递阶形式，一般是上层提供下层的设定点，但也有例 外。 特殊情况下，优化层直接控制调节阀的阀位。 DCS的这种控制结构层可以这样理解 ：基本控制层相当于单回路调节仪表，可编程模块在一定程度上近似于复杂控制的仪表运 算互联，优化层则和DCS的计算机功能相对应。 原油蒸馏先进控制策略的开发和实施， 在DCS的控制结构层结合了对象数学模型和专家系统的开发研究。 2．原油蒸馏的先进控制策略 国内原油蒸馏的先进控制策略，有自行开发应用软件和引进应用软件两种，并且都在 装置上闭环运行或离线指导操作。 我国在常减压装置上研究开发先进控制已有10年，各家技术方案有着不同的特点。 某厂最早开发的原油蒸馏先进控制，整个系统分四个部分：侧线产品质量的计算，塔内汽 液负荷的***计算，多侧线产品质量与收率的智能协调控制，回流取热的优化控制。 该应 用软件的开发，充分发挥了DCS的强大功能，并以此为依托开发实施了高质量的数学模 型和优化控制软件。 系统的长期成功运行对国内DCS应用开发是一种鼓舞。 各企业开发 和使用的先进控制系统有：组份推断、多变量控制、中段回流及换热流程优化、加热炉的 燃料控制和支路平衡控制、馏份切割控制、汽提蒸汽量优化、自校正控制等，下面介绍几 个先进控制实例。 （1）常压塔多变量控制 某厂常压塔原采用解耦控制，在此基础上开发了多变量控制。 常压塔有两路进料，产 品有塔顶汽油和四个侧线产品，其中常一线、常二线产品质量最为重要。 主要质量指标是 用常一线初馏点、常一线干点和常二线90％点温度来衡量，并由在线质量仪表连续分析 。 以上三种质量控制通常用常一线温度、常一线流量和常二线流量控制。 常一线温度上升 会引起常一线初馏点、常一线干点及常二线90％点温度升高。 常一线流量或常二线流量 增加会使常一线干点或常二线90％点温度升高。 首先要确立包括三个PID调节器、常压塔和三个质量仪表在内的广义的对象数学模 型： 式中：P为常一线产品初馏点；D为常一线产品干点；T〔，2〕为常二线产品90 ％点温度；T〔，1〕为常一线温度；Q〔，1〕为常一线流量；Q〔，2〕为常二流量 。 为了获得G（S），在工作点附近采用飞升曲线法进行仿真拟合，得出对象的广义对 象传递函数矩阵。 针对广义对象的多变量强关联、大延时等特点，设计了常压塔多变量控 制系统。 全部程序使用C语言编程，按照采集的实时数据计算控制量，最终分别送到三个控制 回路改变给定值，实现了常压塔多变量控制。 分馏点（初馏点、干点、90％点温度）的获取，有的企业采用引进的初馏塔、常压 塔、减压塔分馏点计算模型。 分馏点计算是根据已知的原油实沸点（TBT）曲线和塔的 各侧线产品的实沸点曲线，实时采集塔的各部温度、压力、各进出塔物料的流量，将塔分 段，进行各段上的物料平衡计算、热量平衡计算，得到塔内液相流量和气相流量，从而计 算出抽出侧线产品的分馏点。 用模型计算比在线分析仪快，一般系统程序每10秒运行一次，克服了在线分析仪的 滞后，改善了调节品质。 在计算出分馏点的基础上，以计算机间通讯方式，修改DCS系 统中相关侧线流量控制模块给定值，实现先进控制。 还有的企业，操作员利用常压塔生产过程平稳的特点，将SPC控制部分切除，依照 计算机根据实时参数计算出的分馏点，人工微调相关侧线产品流量控制系统的给定值，这 部分优化软件实际上只起着离线指导作用。 （2）LQG自校正控制 某厂在PROVOX系统的上位机HP1000A700上用FORTRAN语言开 发了LQG自校正控制程序，对常减压装置多个控制回路实施LQG自校正控制。 ·常压塔顶温度控制。 该回路原采用PID控制，因受处理量、环境温度等变化因素 的影响，无法得到满意的控制效果。 用LQG自校正控制代替PID控制后，塔顶温度控 制得到比较理想的效果。 塔顶温度和塔顶拨出物的干点存在一定关系，根据工艺人员介绍 ，塔顶温度每提高1℃，干点可以提高3～5℃。 当塔顶温度比较平稳时，工艺人员可以 适当提高塔顶温度，使干点提高，便可以提高收率。 按年平均处理原油250万吨计算， 如干点提高2℃，塔顶拨出物可增加上千吨。 自适应控制带来了可观的经济效益。 ·常压塔的模拟优化控制。 在满足各馏出口产品质量要求前提下，实现提高拨出率及 各段回流取热优化。 馏出口产品质量仍采用先进控制，要求达到的目标是：常压塔顶馏出 产品的质量在闭环控制时，其干点值在给定值点的±2℃，常压塔各侧线分别达到脱空3 ～5℃，常二线产品的恩氏蒸馏分析95％点温度大于350℃，常三线350℃馏份小 于15％，并在操作台上CRT显示上述各侧线指标。 在保证塔顶拨出率和各侧线产品质 量之前提下优化全塔回流取热，使全塔回收率达到90％以上。 ·减压塔模拟优化控制。 在保证减压混和蜡油质量的前提下，量大限度拔出蜡油馏份 ，减二线90％馏出温度不小于510℃，减压渣油运行粘度小于810■泊（对九二三 油），并且优化分配减一线与减二线的取热。 （3）中段回流计算 分馏塔的中段回流主要用来取出塔内一部分热量，以减少塔顶负荷，同时回收部分热 量。 但是，中段回流过大对蒸馏不利，会影响分馏精度，在塔顶负荷允许的情况下，适度 减少中段回流量，以保证一侧线和二侧线产品脱空度的要求。 由于常减压装置处理量、原 油品种以及生产方案经常变化，中段回流量也要作相应调整，中段回流量的大小与常压塔 负荷、塔顶汽油冷却器负荷、产品质量、回收势量等条件有关。 中段回流计算的数学模型 根据塔顶回流量、塔底吹气量、塔顶温度、塔顶回流入口温度、顶循环回流进口温度、中 段回流进出口温度等计算出***回流量，以指导操作。 （4）自动提降量模型 自动提降量模型用于改变处理量的顺序控制。 按生产调度指令，根据操作经验、物料平 衡、自动控制方案来调整装置的主要流量。 按照时间顺序分别对常压炉流量、常压塔各侧 线流量、减压塔各侧线流量进行提降。 该模型可以通过DCS的顺序控制的几种功能模块 去实现，也可以用C语言编程来进行。 模型闭环时，不仅改变有关控制回路的给定值，同 时还在打印机上打印调节时间和各回路的调节量。 四、讨论 1．原油蒸馏先进控制几乎都涉及到侧线产品质量的质量模型，不管是静态的还是动 态的，其基础都源于DCS所采集的塔内温度、压力、流量等信息，以及塔内物料／能量 的平衡状况。 过程模型的建立，应该进一步深入进行过程机理的探讨，走机理分析和辨认 建模的道路，同时应不断和人工智能的发展相结合，如人工神经元网络模型正在日益引起 人们的注意。 在无法得到全局模型时，可以考虑局部模型和专家系统的结合，这也是一个 前景和方向。 2．操作工的经验对先进控制软件的开发和维护很重要，其中不乏真知灼见，如何吸 取他们实践中得出的经验，并帮助他们把这种经验表达出来，并进行提炼，是一项有意义 的工作，这一点在开发专家系统时尤为重要。 3．DCS出色的图形功能一直为人们所称赞，先进控制一般是在上位机中运行，在 实施过程中，应在操作站的CRT上给出先进控制信息，这种信息应使操作工觉得亲切可 见，而不是让人感到乏味的神秘莫测，这方面的开发研究已获初步成效，还有待进一步开 发和完善。 4．国内先进控制软件的标准化、商品化还有待起步，目前控制软件设计时还没有表达 其内容的标准符号，这是一大障碍。 这方面的研究开发工作对提高DCS应用水平和推广 应用成果有着重要意义。
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一、 压铸简介 压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。 压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。 ①金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。 ②金属液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.01—0.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。 压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素，缺一不可。 所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件，甚***优质铸件。 1、 压铸机 （1） 压铸机的分类 压铸机按压室的受热条件可分为热压室与冷压室两大类。 而按压室和模具安放位置的不同，冷室压铸机又可分为立式、卧式和全立式三种形式的压铸机。 热室 压铸机 立式 冷室 卧室 全立式 （2） 压铸机的主要参数 a合型力（锁模力） （千牛）————————KN b压射力 （千牛）—————————————KN c动、定型板间的***开距——————————mm d动、定型板间的最小开距——————————mm e动型板的行程———————————————mm f大杠内间距（水平×垂直）—————————mm g大杠直径—————————————————mm h顶出力——————————————————KN i顶出行程—————————————————mm j压射位置（中心、偏心）——————————mm k一次金属浇入量（Zn、Al、Cu）———————Kg l压室内径（Ф）——————————————mm m空循环周期————————————————s n铸件在分型面上的各种比压条件下的投影面积 注：还应有动型板、定型板的安装尺寸图等。 2、 压铸合金 压铸件所采用的合金主要是有色合金，***于黑色金属（钢、铁等）由于模具材料等问题，目前较少使用。 而有色合金压铸件中又以铝合金使用较广泛，锌合金次之。 下面简单介绍一下压铸有色金属的情况。 （1）、压铸有色合金的分类 受阻收缩 混合收缩 自由收缩 铅合金 -----0.2-0.3% 0.3-0.4% 0.4-0.5% 低熔点合金 锡合金 锌合金--------0.3-0.4% 0.4-0.6% 0.6-0.8% 铝硅系--0.3-0.5% 0.5-0.7% 0.7-0.9% 压铸有色合金 铝合金 铝铜系 铝镁系---0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 高熔点合金 铝锌系 镁合金----------0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 铜合金 （2）、各类压铸合金推荐的浇铸温度 合金种类 铸件平均壁厚≤3mm 铸件平均壁厚>3mm 结构简单 结构复杂 结构简单 结构复杂 铝合金 铝硅系 610-650℃ 640-680℃ 600-620℃ 610-650℃ 铝铜系 630-660℃ 660-700℃ 600-640℃ 630-660℃ 铝镁系 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃ 铝锌系 590-620℃ 620-660℃ 580-620℃ 600-650℃ 锌合金 420-440℃ 430-450℃ 400-420℃ 420-440℃ 镁合金 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃ 铜合金 普通黄铜 910-930℃ 940-980℃ 900-930℃ 900-950℃ 硅黄铜 900-920℃ 930-970℃ 910-940℃ 910-940℃ 注 注：①浇铸温度一般以保温炉的金属液的温度来计量。 ②锌合金的浇铸温度不能超过450℃，以免晶粒粗大。 二、 压铸模 压铸模是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的模具是压铸生产能否顺利进行的先决条件，并在保证铸件质量方面（下机合格率）起着重要的作用。 由于压铸工艺的特点，正确选用各工艺参数是获得优质铸件的决定因素，而模具又是能够正确选择和调整各工艺参数的前提，模具设计实质上就是对压铸生产中可能出现的各种因素预计的综合反映。 如若模具设计合理，则在实际生产中遇到的问题少，铸件下机合格率高。 反之，模具设计不合理，例一铸件设计时动定模的包裹力基本相同，而浇注系统大多在定模，且放在压射后冲头不能送料的灌南压铸机上生产，无法正常生产，铸件一直粘在定模上。 尽管定模型腔的光洁度打得很光，因型腔较深，仍出现粘在定模上的现象。 所以在模具设计时，必须全面分析铸件的结构，熟悉压铸机的操作过程，要了解压铸机及工艺参数得以调整的可能性，掌握在不同情况下的充填特性，并考虑模具加工的方法、钻眼和固定的形式后，才能设计出切合实际、满足生产要求的模具。 刚开始时已讲过，金属液的充型时间极短，金属液的比压和流速很高，这对压铸模来说工作条件极其恶劣，再加上激冷激热的交变应力的冲击作用，都对模具的使用寿命有很大影响。 模具的使用寿命通常是指通过精心的设计和制造，在正常使用的条件下，结合良好的维护保养下出现的自然损坏，在不能再修复而报废前，所压铸的模数（包括压铸生产中的废品数）。 实际生产中，模具失效主要有三种形式：①热疲劳龟裂损坏失效；②碎裂失效；③溶蚀失效。 致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。 也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。 模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。 ① 模具热疲劳龟裂失效 压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。 为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。 另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。 同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。 因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。 ② 碎裂失效 在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会***出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。 而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。 为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。 另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。 ③熔融失效 前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。 当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。 但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。 压铸生产中常遇模具存在的问题注意点： 1、 浇注系统、排溢系统 例（1）对于冷室卧式压铸机上模具直浇道的要求： ① 压室内径尺寸应根据所需的比压与压室充满度来选定，同时，浇口套的内径偏差应比压室内径的偏差适当放大几丝，从而可避免因浇口套与压室内径不同轴而造成冲头卡死或磨损严重的问题，且浇口套的壁厚不能太薄。 浇口套的长度一般应小于压射冲头的送出引程，以便涂料从压室中脱出。 ② 压室与浇口套的内孔，在热处理后应精磨，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。 ③ 分流器与形成涂料的凹腔，其凹入深度等于横浇道深度，其直径配浇口套内径，沿脱模方向有5°斜度。 当采用涂导入式直浇道时，因缩短了压室有效长度的容积，可提高压室的充满度。 （2）对于模具横浇道的要求 ① 冷卧式模具横浇道的入口处一般应位于压室上部内径2/3以上部位，以免压室中金属液在重力作用下过早进入横浇道，提前开始凝固。 ② 横浇道的截面积从直浇道起***内浇口应逐渐减小，为出现截面扩大，则金属液流经时会出现负压，易吸入分型面上的气体，增加金属液流动中的涡流裹气。 一般出口处截面比进口处小10-30%。 ③ 横浇道应有一定的长度和深度。 保持一定长度的目的是起稳流和导向的作用。 若深度不够，则金属液降温快，深度过深，则因冷凝过慢，既影响生产率又增加回炉料用量。 ④ 横浇道的截面积应大于内浇口的截面积，以保证金属液入型的速度。 主横浇道的截面积应大于各分支横浇道的截面积。 ⑤ 横浇道的底部两侧应做成圆角，以免出现早期裂纹，二侧面可做出5°左右的斜度。 横浇道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。 （3）内浇口 ① 金属液入型后不应立即封闭分型面，溢流槽和排气槽不宜正面冲击型芯。 金属液入型后的流向尽可能沿铸入的肋筋和散热片，由厚壁处想薄壁处填充等。 ② 选择内浇口位置时，尽可能使金属液流程最短。 采用多股内浇口时，要防止入型后几股金属液汇合、相互冲击，从而产生涡流包气和氧化夹杂等缺陷。 ③ 薄壁件的内浇口厚件要适当小些，以保证必要的填充速度，内浇口的设置应便于切除，且不使铸件本体有缺损（吃肉）。 (4)溢流槽 ① 溢流槽要便于从铸件上去除，并尽量不损伤铸件本体。 ② 溢流槽上开设排气槽时，需注意溢流口的位置，避免过早阻塞排气槽，使排气槽不起作用。 ③ 不应在同一个溢流槽上开设几个溢流口或开设一个很宽很厚的溢流口，以免金属液中的冷液、渣、气、涂料等从溢流槽中返回型腔，造成铸件缺陷。 2、 铸造圆角（包括转角） 铸件图上往往注明未注圆角R2等要求，我们在开制模具时切忌忽视这些未注明圆角的作用，决不可做成清角或过小的圆角。 铸造圆角可使金属液填充顺畅，使腔内气体顺序排出，并可减少应力集中，延长模具使用寿命。 （铸件也不易在该处出现裂纹或因填充不顺而出现各种缺陷）。 例标准油盘模上清角处较多，相对来说，目前兄弟油盘模开的***，重机油盘的也较多。 3、 脱模斜度 在脱模方向严禁有人为造成的侧凹（往往是试模时铸件粘在模内，用不正确的方法处理时，例钻、硬凿等使局部凹入）。 4、 表面粗糙度 成型部位、浇注系统均应按要求认真打光，应顺着脱模方向打光。 由于金属液由压室进入浇注系统并填满型腔的整个过程仅0.01-0.2秒的时间。 为了减少金属液流动的阻力，尽可能使压力损失少，都需要流过表面的光洁度高。 同时，浇注系统部位的受热和受冲蚀的条件较恶劣，光洁度越差则模具该处越易损伤。 5、 模具成型部位的硬度 铝合金：HRC46°左右 铜：HRC38°左右 加工时，模具应尽量留有修复的余量，做尺寸的上限，避免焊接。 压铸模具组装的技术要求： 1、 模具分型面与模板平面平行度的要求。 2、 导柱、导套与模板垂直度的要求。 3、 分型面上动、定模镶块平面与动定模套板高出0.1-0.05mm。 4、推板、复位杆与分型面平齐，一般推杆凹入0.1mm或根据用户要求。 5、模具上所有活动部位活动可靠，无呆滞现象pin无串动。 6、滑块定位可靠，型芯抽出时与铸件保持距离，滑块与块合模后配合部位2/3以上。 7、浇道粗糙度光滑，无缝。 8、合模时镶块分型面局部间隙<0.05mm。 9、冷却水道畅通，进出口标志。 10、成型表面粗糙度Rs=0.04，无微伤。
狭义相对论和广义相对论的概念简介
相对论简介 一、狭义相对论的基本原理伽利略相对性原理 1632年，伽利略发表了《关于两种世界体系的对话》一书，其中对船舱里观察到的现象有一段生动的描述：“……船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比向另一方向用更多的力，你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同。 当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化。 你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动……” 伽利略这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动的船舱里所进行的力学实验和观测，其结果与地面上的力学实验和观测结果没有差异。 不能根据在船舱内的力学实验和观测，来判断船相对于地面是静止还是运动。 正如地球以30千米/秒的速度相对太阳而运动，我们却丝毫没有感觉地球在运动一样，也不能根据地面上的力学实验来直接判断地球的公转。 这是因为地面上和船舱里的力学规律具有相同的形式。 牛顿第二定律的形式F＝ma，在静止的船上和做匀速直线运动的船上是相同的。 牛顿运动定律是经典力学的基础，凡是牛顿运动定律成立的参照系，称为惯性参照系，或简称惯性系。 地面参照系是惯性系，相对地面做匀速直线运动的船也是惯性系。 一般而言，相对惯性系做匀速直线运动的任何参照系，都是惯性系。 综上所述，相对任何惯性系，力学规律都具有相同的形式。 换言之，在描述力学的规律上，一切惯性系都是等价的。 这一原理称为伽利略相对性原理，或经典力学的相对性原理。 狭义相对论的基本原理 19世纪中叶，麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁理论，又称麦克斯韦电磁场方程组。 麦克斯韦电磁理论不但能够解释当时已知的电磁现象，而且预言了电磁波的存在，确认光是波长较短的电磁波，电磁波在真空中的传播速度为一常数，c＝3.0×108米/秒，并很快为实验所证实。 从麦氏方程组中解出的光在真空中的传播速度与光源的速度无关。 如果光波也和声波一样，是靠一种媒质(以太)传播的，那么光速相对于***静止的以太就应该是不变的。 科学家们为了寻找以太做了大量的实验，其中以美国物理学家迈克耳孙和莫雷实验最为***。 这个实验不但没能证明以太的存在，相反却宣判了以太的死刑，证明光速相对于地球是各向同性的。 但是这却与经典的运动学理论相矛盾。 爱因斯坦分析了物理学的发展，特别是电磁理论，于1905年提出了狭义相对论。 狭义相对论的基本原理可表述于下： 1.相对性原理 相对任何惯性系，包括电磁理论在内的物理规律具有相同的形式。 也就是说，没有任何物理实验能确定一个惯性系的运动状态。 2.光速不变原理 相对任何惯性系，真空中的光速都是一个常量，c＝3.0×108米/秒，与传播的方向无关，与光源的速度也无关。 根据狭义相对论的基本原理，必须改变我们认为理所当然的时空观念，还必须应用相对论的基本原理改造牛顿力学。 在下一节，我们将对此加以讨论。 二、狭义相对论的时空观和动力学结论经典的时空概念我们在学习力学时，总要涉及时间间隔和空间距离的 s的计算或测量。 早在牛顿建立经典力学时，就考虑并形成了***时空的概念。 他认为全宇宙都在这共同的时间中发展。 两个理想的钟，不论它们是否有相对运动，它们的快慢总是一样的。 两个事件同时发生，任何观察者，不论他们是否有相对运动，都认为是同时发生的。 所以时间的概念是***的。 世界万物都在共同的空间里，或静止或运动。 空间任何两点的距离，比如一个理想刚性杆①的长度，对任何观者来说，不论它们是否有相对运动，测量的结果都是相同的。 所以说空间也是***的。 经典的时空观念就是***的时空观念。 如图11-1所示，以地面作为S参照系，火车为S’参照系，火车以速度ν向右运动。 设有一束光在火车里沿车运行方向传播，速度为c’，按经典时空概念，在S系内测量此光束的速度应为c＝c’＋ν。 这与光速不变原理相矛盾。 为解决此矛盾必须改变经典的时空观念。 狭义相对论的时空概念 爱因斯坦在研究电磁规律的同时，也分析了时间和空间的概念，指出了经典时空概念的局限性。 研究时空的性质需要进行测量，光或电磁波是测量时空的***工具，从而是了解时空性质不可缺少的因素。 以下，简单地介绍狭义相对论的时空概念。 1.同时的相对性 在相隔一定距离的两点发生的事件是否同时，需用光讯号来测量。 爱因斯坦提供了一种测量方法，可以作为同时的定义。 在两点连线的中点设立一光讯号的探测装置，在每个事件发生的同时各发射一光讯号，如果位于中点的探测装置同时接收到这两个光讯号，则这两个事件是同时发生的。 如果不是同时发生的，也可以根据两光讯号到达的先后，来判断两事件发生的先后。 比如，一列火车以速度ν向右行驶，如图11-2所示。 A’和B’为车首尾处的两点，C’为A’和B’连线的中点。 A和B是在事件发生时，地面上与A’和B’分别对应的两点，C为A和B连线的中点。 车从左侧开来，当行***图示位置时，A和B各发射一光讯号，代表两个事件。 如果在C点同时接收到这两个光讯号，则在地面上判断，两讯号是同时发生的。 而火车向右行驶，设在车上C’点的探测装置必然先接收到A发出的光讯号。 反之，如果A’、B’两点发出的两光讯号被C’点的装置同时接收到，则车内的观者认为A’和B’两讯号同时发出，而地面的观者必然认为B’处的光讯号比A’处的光讯号先发出。 可见同时性是相对的，而不是***的。 2.运动时间的膨胀 在一惯性系内，同一地点发生的两事件的时间(间隔)，称为原时。 原时为静止的钟所记录的时间。 比如，在一列运动的火车中，相对火车静止的钟记录的发生在火车上同一地点的两件事的原时为τ，在地面看来，火车以速度ν运动，这两件事并非发生在同一地点，地面上的钟测量该两事件的时间间隔t要大于原时τ，这种效应称为运动时间的膨胀。 在地面上看来，运动的钟走得慢些，所以又称这个效应为运动时钟的变慢。 可以证明 ν为运动钟的速度，c为光速。 质量为电子质量207倍的μ子的寿命为τ＝2.26×10-6秒(原时)，当它以ν＝0.998c而高速运动时，测得其寿命为30×10-6秒，完全符合运动时间的膨胀效应。 运动时间的膨胀效应是相对的，在火车中的人观察，地面向后运动，地面的钟走得比车内的钟慢些。 3.运动距离的缩短 空间两点的距离，比如理想刚性杆的长度，当它静止时，称为静止长度，简称静长。 有一刚性杆静止在火车内，沿车行进方向放置，其静长为l0。 火车以速度ν运动，当地面上要测量随车一起运动的刚性杆长度时，需用地面上静止的尺同时读出刚性杆两端对准的刻度，这样测得的长度l要小于静长l0。 这种效应称为运动距离的缩短，可以证明， 运动距离缩短的效应是相对的。 火车里的人测量静止在地面上沿运动方向而放置的刚性杆长度，也小于其静长。 狭义相对论的时间和空间概念不再是***的，而是相对的，和运动密切相关。 如果运动速度比光速小得多，即ν＜＜c，运动时间的膨胀和运动距离的缩短都可以忽略。 日常生活和大部分工程技术中，所涉及的物体的运动速度都远小于光速，经典时空的概念仍然适用。 4.相对论的速度叠加 由于时间和空间的相对性，对于物体的速度，在某一惯性系S’内观测，要用S’系的时间和空间坐标表示；在另一惯性系S内观测，要用S系的时间和空间坐标表示。 这样，速度叠加公式就不再是***时空的速度叠加公式了。 假如 S’和S两系的坐标轴相平行，S’以速度ν沿x轴而运动，一质点以ν’相对S’沿x’轴而运动，则相对S，其速度u为 这是相对论的速度叠加公式。 如果ν’＜c，则u＜c；如果ν’＝c(光速)，则u＝c．与相对论的时空概念相协调。 狭义相对论的动力学结论 经典力学定律不符合狭义相对论的基本原理，必须改造成相对论力学，这里只介绍相对论力学的两个重要结论。 1.质量和速率的关系 在经典物理的概念里，一个物体的质量为一常量，与物体的运动状态无关。 但是在相对论理论里，质量和运动的速度有关。 物体的静止质量m0是一常量，相对任何惯性系均为m0，而物体以速度ν运动时，它的(运动)质量m为 质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。 从质量和速度的关系式可以看出，当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限大。 这是不可能的。 一切物体的速度都永远小于真空中的光速。 2.质量和能量的联系 这就是***的爱因斯坦质能公式 m0c2称为静止能量，mc2包含静止能量和动能，(m—m0)c2为物体的相对论动能。 当ν＜＜c，可以证明 这就是我们所熟悉的动能公式。 这也说明，当物体的速度远小于光速时，相对论力学就近似为经典力学了。 三、广义相对论狭义相对论在惯性系里研究物理规律，不能处理引力问题。 1915年，爱因斯坦在数学家的协助下，把相对性原理从惯性系推广到任意参照系，发表了广义相对论。 由于这个理论过于抽象，数学运算过于复杂，这里只介绍一下大致的思路。 非惯性系与惯性力 牛顿运动定律在惯性系里才成立，在相对惯性系做加速运动的参照系(称非惯性系)里，会出现什么情况呢？例如，在一列以加速度a1做直线运动的车厢里，有一个质量为m的小球，放在光滑的桌面上，如图11-3所示。 相对于地面惯性系来观测，小球保持静止状态，小球所受合外力为零，符合牛顿运动定律。 相对于非惯性系的车厢来观测，小球以加速度-a1向后运动，而小球没有受到其他物体力的作用，牛顿运动定律不再成立。 不过，车厢里的人可以认为小球受到一向后的力，把牛顿运动定律写为f惯＝－ma1。 这样的力不是其他物体的作用，而是由参照系是非惯性系所引起的，称为惯性力。 如果一非惯性系以加速度a1相对惯性系而运动，则在此非惯性里，任一质量为m的物体受到一惯性力－ma1，把惯性力－ma1计入在内，在非惯性里也可以应用牛顿定律。 当汽车拐弯做圆周运动时，相对于地面出现向心加速度a1，相对于车厢人感觉向外倾倒，常说受到了离心力，正确地说应是惯性离心力，这就是非惯性系中出现的惯性力。 惯性质量和引力质量 根据牛顿运动定律，力一定时，物体的加速度与质量成反比，牛顿定律中的质量度量了物体的惯性，称为惯性质量，以m惯为符号，有 根据万有引力定律，两物体(质点)间的引力和它们的质量乘积成正比。 万有引力定律中的质量，类似于库仑定律中的电荷，称为引力质量，以m引为符号。 惯性质量和引力质量是两个不同的概念，没有必然相等的逻辑关系。 它们是否相等，应由实验来检验。 本世纪初，匈牙利物理学家厄缶应用扭秤证明，只要单位选择恰当，惯性质量和引力质量相等，实验精度达10-8。 后来，人们又把两者相等的实验精度提高到10-12。 设一物体在地面上做自由落体运动，此物体的惯性质量和引力质量分别为m惯和m引，以M引代表地球的引力质量，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有 式中G为万有引力常量，R为地球半径，g为物体下落的加速度。 因为m引＝m惯，所以g＝GM引/R2，与物体的质量无关。 这就是伽利略自由落体实验的结论。 既然惯性质量与引力质量相等，就可以简单地应用质量一词，并应用相同的单位。 质量也度量了物质的多少。 广义相对论的基本原理 爱因斯坦提出广义相对论，主要依据就是引力质量和惯性质量相等的实验事实。 既然引力质量和惯性质量相等。 就无法把加速坐标系中的惯性力和引力区分开来。 比如，在地面上，物体以g＝9.8米/秒2的加速度向下运动。 这是地球引力作用的结果。 设想在没有引力的太空，一个飞船以a＝9.8米/秒2做直线运动(现在可以做到)，宇航员感受到惯性力，力的方向与a的方向相反，这时他完全可以认为是受到引力的作用。 匀加速的参照系与均匀引力场等效，这是爱因斯坦提出的等效原理的特殊形式。 因为引力质量和惯性质量相等，所以，在均匀引力场中，不同的物体以相同的加速度运动。 这也是伽利略自由落体实验的结果。 它可一般叙述为：在引力场中，如无其他力作用，任何质量的质点的运动规律都相同。 这是等效原理的另一种表述。 由于等效原理，相对于做加速运动的参照系来观测，任一质点的运动规律都是引力作用的结果，具有相同的规律形式。 爱因斯坦进一步假设，相对任何一种坐标系，物理学的基本规律都具有相同的形式。 这个原理表明，一切参照系都是平等的，所以又称为广义协变性原理。 等效性原理和广义协变性原理是广义相对论的基本原理。 引力场的强度可用单位引力质量的物体在引力场中受到的引力来量度。 引力场强度处处相等的引力场，叫做均匀引力场。 地面上引力场，可认为是均匀引力场。 广义相对论的实验验证 在广义相对论的基本原理下，应建立新的引力理论和运动定律，爱因斯坦完成了这个任务。 这样，牛顿运动定律和万有引力定律成为一定条件下广义相对论的近似规律。 根据广义相对论得出的许多重要结论，有一些已得到实验的证实。 下面介绍几例。 1.水星近日点的进动 按照牛顿引力理论，水星绕日做椭圆运动，轨道不是严格封闭的，轨道离太阳最近的点(近日点)也在做旋转运动，称为水星近日点的进动，如图11-4所示。 理论计算和实验观测的水星轨道长轴的转动速率有差异。 牛顿的引力理论不能正确地给予解释，而广义相对论的计算结果与观测值符合。 爱因斯坦当年给朋友写信说：“方程给出了进动的正确数字，你可以想象我有多高兴，有好些天，我高兴得不知怎样才好。 ” 2.光线的引力偏折 在没有引力存在的空间，光沿直线行进。 在引力作用下，光线不再沿直线传播。 比如，星光经过太阳附近时，光线向太阳一侧偏折，如图11-5所示。 这已在几次日蚀测量中得到了证实，证明广义相对论的计算偏折角与观测值相符合。 3.光谱线的引力红移 按照广义相对论，在引力场强的地方，钟走得慢，在引力场弱的地方，钟走得快。 原子发光的频率或波长，可视为钟的节奏。 引力场存在的地方，原子谱线的波长加大，引力场越强，波长增加的量越大，称这个效应为引力红移。 引力红移早已为恒星的光谱测量所证实。 20世纪60年代，由于大大提高了时间测量的精度，即使在地面上几十米高的地方由引力场强的差别所造成的微小引力红移，也已经***地测量出来。 这再一次肯定了广义相对论的正确性。 4.引力波的存在 广义相对论预言，与电磁波相似，引力场的传播形成引力波。 星体做激烈的加速运动时，发射引力波。 引力波也以光的速度传播。 虽然还没有直接的实验证据，但后来对双星系统的观测，给出了引力波存在的间接证据。 广义相对论建立的初期并未引起人们的足够重视，后来在天体物理中发现了许多广义相对论对天体物理的预言，如脉冲星、致密X射线源、类星体等新奇天象的发现以及微波背景辐射的发现等。 这些发现一方面证实了广义相对论的正确性，另一方面也大大促进了相对论的进一步发展。
