隨著汽車需求量和對舒適安全性的要求不斷提升，汽車產業對汽車安全玻璃的熱彎成形質量提出了更高的要求。利用有限元模擬分析汽車安全玻璃熱彎成形過程已成為進一步提高成形玻璃質量的重要手段。在汽車安全玻璃的熱彎成形過程中，玻璃原片與模具之間存在著特殊的摩擦行為，並且其對回彈有著重要影響。

基於汽車安全玻璃熱彎成形的工藝過程，自主設計開發了一台用於測量高溫條件下汽車安全玻璃與模具材料之間摩擦係數的高溫摩擦試驗機；利用高溫摩擦試驗機進行高溫摩擦實驗，並測量其摩擦係數，揭示了汽車安全玻璃在高溫條件下與模具材料的摩擦磨損機理。

並基於不同溫度下測得的摩擦係數進行有限元軟體ABAQUS數值模擬，明確了摩擦行為對汽車安全玻璃回彈的影響機制。近年來我國汽車保有量持續提升，各類汽車零部件的加工生產得到人們重視。作為汽車的重要安全零部件之一，汽車安全玻璃屬於深加工玻璃的一種，是根據不同應用場合與使用環境，通過不同加工技術製得具有特殊功能的玻璃產品。

隨著人民對於美好生活的追求越來越高以及工業水平的不斷成長，汽車安全玻璃的設計和應用也逐漸由「遮風擋雨」升級到安全性能、觀賞美感以及輕量節能的高度，產品質量和成形工藝水平不斷得到提升。汽車安全玻璃的成形工藝主要通過熱彎成形技術來實現。

當下，基於玻璃的規格尺寸與幾何形狀，汽車安全玻璃熱彎成形工藝可以分為兩種，一種是落模成形，即將汽車安全玻璃的溫度加熱至軟化溫度之後，使玻璃在其重力作用下落至冷環上直接成形；另一種是壓模成形，即將汽車安全玻璃的溫度加熱至玻璃軟化點溫度值附近後，真空吸模將高溫玻璃吸住。

接著熱環模具向上運動與吸模一起壓制玻璃完成成形工作，然後將玻璃驟冷鋼化，最終由冷環托出送至檢驗工序流程中。那麼汽車安全玻璃熱彎過程中的摩擦，對汽車玻璃造成了那些影響？

一、汽車安全玻璃

汽車安全玻璃在生產過程中經歷的主要工藝流程有預處理、成形、合片、預高壓、高壓等，其中成形工藝對汽車安全玻璃最終的性能影響最為關鍵。汽車安全玻璃在成形過程中經歷兩個溫度變化的過程：高溫成形與退火冷卻。

對於汽車安全玻璃而言，熱彎成形與退火冷卻是汽車安全玻璃成形過程中的兩個關鍵工藝步驟，對玻璃成品的最終變形情況與應力應變的分布狀況影響巨大。汽車安全玻璃製造中使用先進的吸模壓制熱彎成形工藝。

在該套工藝方法的基礎上開展模擬仿真計算求解，其工藝方法是：將經過預處理的普通玻璃原片送到加熱爐中進行加熱，當玻璃原片加熱至接近軟化點溫度650℃時，沿DBO模具工裝爐通過輥道送到真空吸模模具底部。在真空吸模模具吸起和下方吹起的共同作用下，經由真空吸模模具與熱環模具壓製成形。

玻璃成形後下落至冷環模具上，並由冷環模具托出，快速將玻璃運送至冷卻風柵區域進行急冷鋼化處理，最後運送到裝卸片台，進行電子檢具檢驗。汽車安全玻璃熱彎壓模成形過程。在實際製造生產過程中，預先設置好的熱彎成形工藝參數對汽車安全玻璃的內應力影響很大，熱彎成形後的內應力和玻璃的回彈大小緊密相關，繼而直接影響玻璃成形後表面的成形質量。

在發展國家經濟和減少能源損耗方面，摩擦學的研究意義非比尋常。據估算，當今世界每年大概有30%~50%的能源以各種形式消耗在摩擦過程中。另外，機械加工製品之中大約有80%的易損零件是由於各種形式的磨損超出其最大承受限度導致過早廢棄並重新更換的，提及的熱彎成形所使用的模具每年存在大約70%的報廢形式是由磨損引起的。

所以，如果可以合理改善並有效降低摩擦磨損，那麼不但可以降低設備維修頻率，還可以節約工業零件和生產材料的花費。由於材料相互接觸而產生力的作用，使材料有相對運動的趨勢或已經發生相對運動時，在材料之間的接觸面會產生一定的阻止切向運動的阻力，我們稱這種阻力為摩擦力，產生這種阻力的現象稱為摩擦。

摩擦是一種普遍存在的現象，對多數機械零件的加工表面來說，當接觸表面之間發生相互作用時，摩擦僅僅發生在它們的微凸體的頂尖，而它們的實際接觸面積通常會小於表面接觸面積，而在實際接觸的區域內，若表面清潔，一個表面的原子會吸引另一表面的原子，從而在兩者之間產生很大的黏附力。

如果兩者之間的接觸壓力很高，則會導致接觸的微凸體塑性變形、黏著或者冷焊，在高真空度工作的機構中，這種現象尤為明顯。磨損是由於接觸表面之間相互產生機械作用而引起的表面材料發生殘餘變形的現象或表面物質逐漸損失的過程。

通常，這些表面間存在相對運動，並且承受一定的載荷。磨損是由於在接觸表面的界面區域受到高應力作用而產生局部機械損壞。局部損壞的形式常受到周圍環境因素的影響，表面的機械損壞能產生磨損顆粒。

由於產生顆粒原因的不同，表面特徵有不同形式：微粒遷移、黏著或在一些條件下因表面疲勞形式而損壞。在工程實際中，材料表面的磨損隨著工況和時間的變化而動態變化，因而，磨損形式隨著工況和時間的變化而演變，或同時存在多種磨損形式。

二、摩擦的特性分析

摩擦力具有兩面性：一方面，摩擦力會引起機器中機械設備的磨損，降低機器的使用年限；另一方面，工業生產與實踐中的一部分工作卻需要利用摩擦力來完成，如運輸帶的傳動和機械的制動等。當物體受到載荷作用仍保持靜止狀態時，物體受到的靜摩擦力大於其載荷大小。

此時物體會出現一定的預位移。摩擦傳動現象即是基於此起到一定作用的。在過往的諸多觀察和實驗中，摩擦係數隨時間會略有增加，這種影響在塑料材料中尤為突出。摩擦副相互接觸表面的微觀凸起由於法向載荷的影響會相互嵌入，這有機會使得塑性材料發生形變，同時增大了接觸面積，最終使得摩擦係數增大。

實際生產活動中，材料的摩擦磨損類型較多，其中，根據磨損機制可將磨損大致分成以下幾種：粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。粘著磨損一般發生於相互接觸且做相對運動的材料表層。由於材料表面並非完全平整，從而實際接觸以點接觸為主。

摩擦過程中接觸點的應力持續增大，使得材料表層溫度急劇上升，導致表面發生熔化。磨粒磨損是指摩擦過程中，材料表面的硬質凸起或摩擦副間的硬質顆粒進行相對滑動所造成的表面磨損。磨粒磨損又有二體磨粒磨損和三體磨粒磨損兩種，二體磨粒磨損中的磨粒通常為表面的硬質凸起，磨損過程中與摩擦面的接觸應力較小。

三體磨粒磨損中的磨粒大多是磨損過程中產生的磨屑和部分外界的雜質顆粒，磨粒與兩摩擦面間存在較大的接觸應力。摩擦表面在交變接觸應力的作用下，材料產生重複變形，因此導致材料表面硬化和材料亞表層的塑性變形，同時材料表面開始形成疲勞裂紋。

當材料發生摩擦時，摩擦面材料與周圍介質發生化學或電化學反應，從而形成腐蝕產物。這些表面的腐蝕產物又在摩擦運動的機械作用下發生剝落，使材料表面產生物質損失。這種機械作用和化學腐蝕作用共同導致材料磨損的過程就是腐蝕磨損。

採用自主開發設計摩擦試驗機的方法，其優點是與實際過程相似，所採集的摩擦係數結果更為可靠，特別是對於有限元分析模擬尤為重要。相關研究將有益於進一步揭示實際生產中汽車玻璃的摩擦特點與摩擦機制。

三、高溫摩擦分析

近年來，國內外很多對在高溫條件下材料接觸界面之間的摩擦行為愈發關注，並對摩擦研究獲得了不錯的成果。採用建立分析模型的方法載荷，滑動速度，接觸面積，阻尼力等不同因素對PU樣品在塗油玻璃表面上的粘滑摩擦的影響。

研究發現在接觸面積不斷增加的過程中，給定質量引發滑移運動的臨界載荷增加，滑動速度在滑移運動的初始階段突然增加然後逐漸減小；加速度從正值到負值的突然變化是造成不穩定粘滑現象的原因。

隨著溫度升高到玻璃化轉變溫度，磨損量和摩擦係數增加。溫度的升高會導致磨損量和摩擦係數降低，施加載荷的增大會導致磨損率增加。

摩擦係數在遠低於玻璃轉變溫度的條件下保持在相對恆定的水平，受溫度影響較小。在接近甚至高於玻璃轉變溫度的條件下，摩擦係數顯著增大，玻璃出現破裂以及塑性和粘彈性變形。

摩擦試驗裝置是開展摩擦實驗的基礎裝置，根據不同的實際情況，摩擦試驗機的分類方法存在許多種。測試摩擦係數的方法通常被歸納為兩種方法，即實驗室實驗法和實際條件測試法。不論使用哪種測試方法，都需要用到相關的測試工具，即摩擦試驗。

工業上汽車安全玻璃在熱彎成形過程中存在的回彈變形量大、成形精度低等問題，自主設計研製高溫摩擦試驗機進行摩擦磨損行為研究，對玻璃試件在不同溫度和不同速度條件下與模具材料之間的摩擦係數進行測量，揭示不同溫度與不同速度條件下的磨損機理。

高溫摩擦試驗機的總體設計與開發。闡述了高溫摩擦試驗機的工作過程、基本原理、設計過程、控制系統和數據採集與處理。在此基礎上，測試了試驗機系統的動態響應，設計並進行一項高溫摩擦實驗來檢驗試驗機的可靠程度。熱彎成形過程摩擦磨損機理研究。

利用自主開發的高溫摩擦試驗機進行摩擦實驗。設置不同溫度條件和不同速度條件，對玻璃試件與模具材料之間滑動過程中二者之間摩擦係數的大小進行測量，同時對玻璃試件摩擦表面的粗糙度和硬度進行測量，觀測了玻璃試件的表面形貌情況，玻璃試件在不同溫度條件下與不同速度條件下的摩擦機理。

汽車安全玻璃熱彎成形模擬仿真。基於ABAQUS模擬仿真軟體對汽車

安全玻璃的熱彎成形過程進行計算分析，將第三章中利用高溫摩擦實驗得到的玻璃試件在不同溫度條件下的摩擦係數在ABAQUS軟體的相互作用中對應設置，同時再進行一項汽車安全玻璃熱彎成形仿真，將其相互作用條件中的摩擦係數設置為固定值以此比較。

最終將玻璃試件的高溫摩擦實驗仿真模擬與實際實驗進行對比。結果顯示，摩擦係數對汽車安全玻璃熱彎成形仿真後的回彈量大小產生較大的影響。當摩擦係數為隨溫度變化而變化的變量時，成形結果的回彈值更小。通過數值模擬加熱溫度和成形速度對回彈的影響並得到其影響規律。

結語：

汽車安全玻璃的需求量隨著汽車的大量生產得到了飛速發展。如今汽車安全玻璃成形技術的發展已由理論過渡到實際，從而指導生產實踐。有限元模擬仿真技術應運而生，並已成功地應用在熱彎成形的生產加工當中，不過同時也將面臨的問題是，在高溫下的成形生產過程無法精準確定汽車安全玻璃與模具之間的摩擦特性。

所以，汽車安全玻璃材料與模具材料之間的摩擦問題將變為工業生產加工中所有環節中的關鍵問題。