0 引言

隨著當(dāng)前人們對(duì)產(chǎn)品智能化要求和芯片制造技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路芯片在機(jī)械、汽車(chē)和家電等制造領(lǐng)域的需求和使用越來(lái)越廣泛，已成為各類(lèi)產(chǎn)品中不可或缺的核心電子元件。在集成芯片制造的末道封裝工藝中管腳產(chǎn)生的溢料去除，對(duì)芯片制造的外觀質(zhì)量具有舉足輕重的作用，而芯片小型化的趨勢(shì)使傳統(tǒng)去溢料設(shè)備已無(wú)法滿足使用要求，企業(yè)亟需一款新型的去溢料設(shè)備來(lái)提升芯片生產(chǎn)品質(zhì)和效率。課題組研發(fā)的全自動(dòng)激光去溢料機(jī)，能夠?qū)Ψ庋b后的集成芯片管腳等處溢料進(jìn)行快速、精準(zhǔn)和有效的切割，實(shí)現(xiàn)了芯片封裝工藝中的零溢料，從而大大提高了集成芯片的產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

在Solidworks軟件中進(jìn)行全自動(dòng)激光去溢料機(jī)的設(shè)計(jì)，除了完成零部件的虛擬造型和裝配，還可利用軟件的Simulation插件功能對(duì)其關(guān)鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，模擬機(jī)構(gòu)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)和受力情況，研究其在共振、疲勞、屈曲和諧響應(yīng)等情況下的變形

，以此發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題或缺陷，并通過(guò)有效的方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或優(yōu)化，使之能夠符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，有效提升了關(guān)鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，大大縮短了設(shè)備的研發(fā)周期和成本。

針對(duì)全自動(dòng)激光去溢料機(jī)中定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、組成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程研究，完成機(jī)構(gòu)的零件造型與虛擬裝配，并對(duì)該機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行靜應(yīng)力、疲勞和屈曲有限元分析，以此驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)理念里，音樂(lè)課就是“唱歌課”，其實(shí)不然，唱歌只是音樂(lè)課的重要內(nèi)容之一，而樂(lè)器的演奏也是音樂(lè)課的重頭戲。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們常會(huì)看到有些學(xué)生唱歌唱得并不好，甚至聲音沙啞且音調(diào)不準(zhǔn)，但他們奏出的樂(lè)曲卻鏗鏘有力，音域?qū)拸V雄厚，基于這種原因，不愛(ài)唱歌而喜歡樂(lè)器的學(xué)生大有人在，音樂(lè)老師要就勢(shì)引導(dǎo)，巧用樂(lè)器讓學(xué)生感受音樂(lè)的異曲同工之妙，在演奏樂(lè)器的過(guò)程中享受音樂(lè)帶來(lái)的愉悅。

1 定位機(jī)構(gòu)的造型設(shè)計(jì)

定位機(jī)構(gòu)是全自動(dòng)激光去溢料機(jī)中封裝后的集成芯片進(jìn)行激光切割溢料時(shí)，實(shí)現(xiàn)芯片模組準(zhǔn)確定位的裝置(圖1)。定位機(jī)構(gòu)由定位架1、上連接板2、直線軸承3、下支撐板4、氣缸底座5、氣缸6和光軸7組成，各構(gòu)件通過(guò)螺栓聯(lián)接實(shí)現(xiàn)定位和固定，氣缸6的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)上連接板2及定位架1上下移動(dòng)，將芯片模組推入預(yù)設(shè)位置進(jìn)行溢料切割，重復(fù)上述操作過(guò)程。其中，上連接板2與下支撐板4間的直線運(yùn)動(dòng)使用了6根光軸7作為輔助支撐，并通過(guò)配套的直線軸承3保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。

前述靜態(tài)應(yīng)力分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，在Simulation插件模塊中選擇“疲勞”算例進(jìn)行機(jī)構(gòu)的疲勞分析，由于合金鋼材料的疲勞壽命遠(yuǎn)高于6061鋁合金材料，本次研究以6061鋁合金的抗拉強(qiáng)度來(lái)定義疲勞S-N曲線(圖4所示)，依據(jù)定位機(jī)構(gòu)往復(fù)循環(huán)運(yùn)行的工作特點(diǎn)定義本次分析事件類(lèi)型為恒定循環(huán)，機(jī)構(gòu)的承載部位及大小與靜應(yīng)力分析一致可直接與之關(guān)聯(lián)復(fù)制，事件中的循環(huán)周期選擇1000次，負(fù)載類(lèi)型為完全反轉(zhuǎn)(即LR=-1)，恒定振幅事件的交互作用設(shè)置為隨意交互作用，分析計(jì)算交替應(yīng)力的手段為對(duì)等應(yīng)力(von Mises)

。運(yùn)行算例，得到定位機(jī)構(gòu)的有限元疲勞分析的損壞百分比和生命總數(shù)圖，具體如圖5所示。

圖5(a)中可以看出，定位機(jī)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下經(jīng)過(guò)1000次承載循環(huán)后，其損壞百分比最大值發(fā)生在定位架零件左側(cè)伸出端與零件主體的結(jié)合部，其最大的值為0.2972，機(jī)構(gòu)其余零部件的損壞百分比均為0.1000，與前述靜應(yīng)力的分析結(jié)果一致，應(yīng)通過(guò)增大5%的定位架伸出端厚度尺寸，或采用120°鈍角過(guò)渡的方法來(lái)提高定位架零件的強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命。由(b)中可以看出，定位機(jī)構(gòu)的整體生命周期均為106次，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)方案預(yù)定的循環(huán)次數(shù)105次，故此處定位機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)滿足n=105次條件下的疲勞強(qiáng)度要求。綜合圖5分析可知，定位機(jī)構(gòu)中除標(biāo)準(zhǔn)件外采用6061鋁合金設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)零部件，除定位架外其中任何零件發(fā)生疲勞破壞的概率可忽略不計(jì)，該定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體是安全的。

2 定位機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析

由圖3(a)中危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力探測(cè)可知，定位機(jī)構(gòu)的最大應(yīng)力值為54.39MPa，發(fā)生在定位架左側(cè)伸出端與零件主體的結(jié)合部，最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于6061鋁合金的屈服應(yīng)力。該處產(chǎn)生最大應(yīng)力是由于應(yīng)力集中所引起的，受到全自動(dòng)激光去溢料機(jī)中定位物料的尺寸影響，可通過(guò)增大定位架伸出端厚度尺寸及采用120°大角度過(guò)渡的方法，減輕應(yīng)力集中的影響。由(b)圖可知，定位機(jī)構(gòu)中上連接板和定位架零件在工作載荷下均發(fā)生了一定的位移變形，機(jī)構(gòu)的最大位移可能發(fā)生在定位架兩側(cè)伸出端的末端位置，形式為沿Z軸正方向的彎曲，對(duì)危險(xiǎn)截面的最大位移探測(cè)可知其位移變形最大值為0.3124mm，結(jié)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)精度分析該位移變形將導(dǎo)致機(jī)構(gòu)不能對(duì)芯片模組進(jìn)行可靠的定位，需要安裝前述改進(jìn)方案對(duì)定位架零件重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由(c)圖可以看出，最大應(yīng)變可能發(fā)生在下支撐板與機(jī)器連接部位和定位架伸出端與零件主體結(jié)合部，對(duì)這些危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)變探測(cè)可知，定位機(jī)構(gòu)的最大應(yīng)變發(fā)生在定位架左側(cè)伸出端與零件主體的結(jié)合部，其變形最大值為0.000652，由此可以證明應(yīng)變大的位置也是所受應(yīng)力較大的位置。

運(yùn)行算例，得到定位機(jī)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下的應(yīng)力、位移和應(yīng)變分布情況，具體如圖3所示

。

在Solidworks軟件中建立全自動(dòng)激光去溢料機(jī)定位機(jī)構(gòu)的虛擬模型后，進(jìn)入軟件的Simulation插件模塊選擇“靜應(yīng)力分析”算例并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，首先，由于機(jī)構(gòu)中直線軸承、氣缸和光軸等零件的制造材料為AISI1020鋼，其余構(gòu)件制造材料均為6061鋁合金，考慮到合金鋼的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)大于鋁合金材料，本次研究機(jī)構(gòu)中零部件的材料均選定為6061鋁合金，其次，按機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的位置要求選擇下支撐板側(cè)面作為夾具中固定幾何約束的約束面，再次，在外部載荷中下支撐板側(cè)面的螺孔，作為直接承載接觸位置設(shè)定壓力值為2000N/m

，氣缸底座施加由于氣缸動(dòng)作產(chǎn)生3kN作用力，定位架側(cè)面施加由于推送芯片模組產(chǎn)生的500N反作用力，最后，進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，網(wǎng)格的生成選擇采用自由網(wǎng)格模式，網(wǎng)格密度良好，劃分網(wǎng)格后定位機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為102906，節(jié)點(diǎn)數(shù)為34740，單元數(shù)為20578，其具體承載情況及有限元模型如圖2所示。

3 定位機(jī)構(gòu)的疲勞分析

現(xiàn)代的管理模式在傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目在當(dāng)前僅有的項(xiàng)目工期、質(zhì)量、成本的三大方面，同時(shí)對(duì)項(xiàng)目集成、項(xiàng)目范圍、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)、人員溝通、材料采購(gòu)和人力資源管理等多個(gè)方面，在管理模式上相較于傳統(tǒng)項(xiàng)目管理模式更加全面[4]。傳統(tǒng)項(xiàng)目管理理念是針對(duì)傳統(tǒng)并且程序簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，難以把控?zé)┈嵉默F(xiàn)代性企業(yè)，現(xiàn)代項(xiàng)目管理模式的技術(shù)含量較高，對(duì)企業(yè)部門(mén)的管理可以面面俱到。

為進(jìn)一步分析定位機(jī)構(gòu)在工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，前述靜態(tài)應(yīng)力分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，在Simulation插件模塊中選擇“屈曲”算例，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元屈曲分析

。分析條件中夾具、載荷設(shè)定和網(wǎng)格劃分與靜應(yīng)力的分析完全一致，運(yùn)行算例，即可得到定位機(jī)構(gòu)的屈曲有限元分析結(jié)果如圖6所示。

定位機(jī)構(gòu)中氣缸、直線軸承和光軸等零件可直接從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中調(diào)用或造型完成，其核心零件主要是上支撐板和定位架零件的造型設(shè)計(jì)。其中，上支撐板的設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮機(jī)構(gòu)自重和承載情況確定其厚度，氣缸的安裝位置由于定位機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的總體高度尺寸限制，單獨(dú)采用底座安裝后連接在支撐板上，支撐板結(jié)構(gòu)中需要留出大于氣缸截面尺寸5-10mm的空間保證其準(zhǔn)確安裝。定位架中伸出端的設(shè)計(jì)則需依據(jù)芯片模組的尺寸確定其長(zhǎng)度，零件主體除聯(lián)接部位和傳感器安裝位置外，其余皆去除并將厚度設(shè)計(jì)為階梯狀以減輕零件自重。同時(shí)，為保證能夠精確地進(jìn)行定位，在定位架的兩伸出端均安裝了輔助定位輪。

4 定位機(jī)構(gòu)的屈曲分析

《易》與天地準(zhǔn)，故能彌綸天地之道。仰以觀于天文，俯以察于地理，是故知幽明之故；原始反終，故知死生之說(shuō)；精氣為物，游魂為變，是故知鬼神之情狀。與天地相似，故不違；知周乎萬(wàn)物而道濟(jì)天下，故不過(guò)。[7](P535)

由圖6可以看出，定位機(jī)構(gòu)在工作狀態(tài)下的屈曲變形，主要發(fā)生在定位架零件的兩側(cè)伸出端，其中左端屈曲變形大于右端，其最大值為0.02612mm，從機(jī)構(gòu)0.05mm的設(shè)計(jì)定位精度而言，機(jī)構(gòu)在承載情況下發(fā)生的屈曲破壞不會(huì)影響正常使用。另外，從安全系數(shù)的角度進(jìn)行分析，在機(jī)構(gòu)完成屈曲分析后測(cè)得其屈曲安全系數(shù)為39.841，即機(jī)構(gòu)能夠承受現(xiàn)有載荷的39倍才會(huì)發(fā)生屈曲破壞，測(cè)得靜應(yīng)力分析中的應(yīng)力安全系數(shù)為7.7805，應(yīng)力安全系數(shù)遠(yuǎn)低于屈曲安全系數(shù)，故定位機(jī)構(gòu)在發(fā)生疲勞破壞之前可能發(fā)生屈服變形，但屈曲破壞在機(jī)構(gòu)的變形破壞中不起主導(dǎo)作用。

在法學(xué)論文標(biāo)題中，反語(yǔ)、夸張等修辭格很少見(jiàn)到，但比擬、對(duì)照等修辭手法常常運(yùn)用。其主要原因在于，準(zhǔn)確、正式是法學(xué)論文的最主要文體要求；而夸張等修辭格會(huì)影響其準(zhǔn)確性，反語(yǔ)等詼諧性修辭與法學(xué)論文的莊重風(fēng)格不甚符合。

5 結(jié)語(yǔ)

在Solid Works軟件中完成定位機(jī)構(gòu)的虛擬造型和裝配設(shè)計(jì)，利用有限元方法對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)力、疲勞和屈曲有限元分析，研究機(jī)構(gòu)在激光去溢料機(jī)工作中外部載荷和材料壽命可能導(dǎo)致的應(yīng)力、疲勞破壞和屈曲變形

，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)中最可能發(fā)生破壞的是定位架零件，通過(guò)分析該零件的變形產(chǎn)生原因及可能的后果，并有針對(duì)性得提出相應(yīng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，從而達(dá)到提升定位機(jī)構(gòu)工作的強(qiáng)度、壽命和穩(wěn)定性，有效避免零件損壞現(xiàn)象發(fā)生的目的。

研究表明，在現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，對(duì)按預(yù)定方案設(shè)計(jì)完成的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)力、疲勞和屈曲有限元分析，對(duì)其可能產(chǎn)生破壞或變形的原因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題或設(shè)計(jì)缺陷并有效地加以改進(jìn)或優(yōu)化，能夠有效得提高機(jī)構(gòu)工作性能、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。該方法也可用于自動(dòng)化設(shè)備整機(jī)設(shè)計(jì)的合理性驗(yàn)證與結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

[1]陳國(guó)勝，周?chē)?guó)鵬，張陽(yáng)等.雙梁橋式起重機(jī)主梁有限元模態(tài)及屈曲分析[J]．設(shè)備管理與維修，2022(06)：27-29．

[2]劉陽(yáng)．基于ANSYS的采煤機(jī)截割部關(guān)鍵零件有限元分析[J]．煤礦機(jī)械，2018(11)：164-166．

[3]王海軍殷國(guó)富何波等.基于SolidWorks Simulation的球磨機(jī)轉(zhuǎn)軸有限元分析[J]．機(jī)械，2014(01)：44-47．

[4]張偉杰，付曉莉，李勇等．基于有限元分析的減速機(jī)箱體造型設(shè)計(jì)[J]．機(jī)床與液壓，2020(05)：135-139．

[5]李利，楊林彬，張德偉等．新型橡膠破碎機(jī)關(guān)鍵部件有限元分析[J]．橡膠工藝，2019(05)：376-381．