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注塑機(jī)模板的有限元分析及其優(yōu)化論文
摘要：作為注塑機(jī)的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)模板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化應(yīng)力分布意義重大。通過(guò)對(duì)注塑機(jī)的前模板、動(dòng)模板和后模板進(jìn)行有限元分析，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，明顯提高了其經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：注塑機(jī);有限元分析;模板;優(yōu)化
Injection molding of the Limited finite element analysis and optimization
LIAO Shun-song
(Zhuzhou Gofront Equipment Co.,Ltd.Zhuzhou,Hunan 412001,China)
Abstract:As a key component of the injection molding machine to achieve optimal design templates to optimize the stress distribution is of great significance. Through the frrst injection molding machine templates,dynamic templates and the template after the finite element analysis,and based on the proposed optimization measures,significantly increased its economic benefits.
Key wordS:injection molding machine;limited element analysis; template;optimization
模板是注塑機(jī)的關(guān)鍵部件，具有固定模具，作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向定位基準(zhǔn)的作用，也是整機(jī)中消耗鋼材最多的部件。模板的性能很大程度上影響注塑制品的質(zhì)量�，F(xiàn)有注塑機(jī)模板的設(shè)計(jì)通常憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類(lèi)比設(shè)計(jì)導(dǎo)致現(xiàn)有模板過(guò)于笨重、巨大，且存在變形過(guò)大、失效甚至斷裂的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)模板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小變形，優(yōu)化應(yīng)力分布，并最大限度的節(jié)省材料，具有重要意義。
1 注塑機(jī)模板有限元分析
這里通過(guò)對(duì)某塑料機(jī)械有限公司30噸合模力的注塑機(jī)的模板進(jìn)行研究，來(lái)獲得注塑機(jī)模板拓?fù)鋬?yōu)化的實(shí)用性結(jié)果。在進(jìn)入ANSYS的求解器開(kāi)始分析前，可選擇ANSYS本身自帶的建模功能或者其他3D建模軟件得到注塑機(jī)模板的實(shí)體模型。
1.2前模板有限元分析
前模板的主要作用是固定模具及定位導(dǎo)向，板四角孔處由導(dǎo)向拉桿相連，背部固定模具，承受合模時(shí)模具壓力，底部固定于床身。板基本結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體，左右對(duì)稱(chēng)。為節(jié)省計(jì)算資源，按中軸線(xiàn)取一半模型，并簡(jiǎn)化一些螺孔、小凹槽及圓角后，在軟件中建立前模板的三維幾何模型，轉(zhuǎn)化成IGES格式導(dǎo)入ANSYS中。
通過(guò)建模、劃分網(wǎng)格、施加邊界調(diào)節(jié)和載荷后，進(jìn)入求解器求解后，再通用后處理器查看結(jié)果。在后處理器中查得單元平均應(yīng)力云圖如圖1。該云圖反應(yīng)了前模板應(yīng)力分布比較均勻。在實(shí)際工況中，拉桿螺母對(duì)模板的的約束并非完全限制，是系統(tǒng)剛度與載荷之間的平衡。前模板的大部分區(qū)域應(yīng)力都在70MPa以下，基本符合強(qiáng)度要求。模板大平面上最大應(yīng)力出現(xiàn)在模具安裝區(qū)四角上，該處承受的主要是壓應(yīng)力，同樣強(qiáng)度下對(duì)模板的破壞作用有限。因此，必須使模板上的應(yīng)力分布趨于合理。
圖1單元平均應(yīng)力云圖
1.3 動(dòng)模板有限元分析
同理，得到動(dòng)模板單元平均等效應(yīng)力分布云圖2.從應(yīng)力云圖中可以清晰得到其應(yīng)力分布。大多數(shù)單元應(yīng)力都在70MPa以下，在部分應(yīng)力集中區(qū)應(yīng)力可達(dá)200 MPa以上，最大應(yīng)力出現(xiàn)在鉸孔安裝平面，在QT500-7的許用強(qiáng)度之內(nèi)。應(yīng)力的分布不盡合理尤其是在安裝模具的中心區(qū)域邊緣過(guò)大。將動(dòng)模板作為受彎構(gòu)件，該處所在的截面為危險(xiǎn)截面，模擬結(jié)果也符合這點(diǎn)。
圖2動(dòng)模板單元平均等效應(yīng)力分布云圖
1.4后模板有限元分析
后模板結(jié)構(gòu)分析前必須對(duì)模型作如下假設(shè)簡(jiǎn)化處理，去除后模板上各種對(duì)最終應(yīng)力分布改變不大的細(xì)微結(jié)構(gòu)移除合模周期過(guò)程中的溫度場(chǎng)變化：后模板同樣取二分之一進(jìn)行研究。同上處理過(guò)程，得到后模板單元平均等效應(yīng)力分布云圖3。該云圖顯示后模板大部分區(qū)域承受應(yīng)力均30MPa在以下，應(yīng)力最大的區(qū)域在拉桿孔附近固定螺母的約束平面，極值達(dá)168MPa。從后處理器中查看變形云圖可得后模板最大變形并不在于中心區(qū)域，而是在安裝鉸孔處背面。后模板的力學(xué)模型剛度較大，在底層和邊緣的材料應(yīng)力均很小，顯然滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，可大幅縮減。在對(duì)后模板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析時(shí)，這些區(qū)域是優(yōu)化的重點(diǎn)。
2 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化與模板改進(jìn)設(shè)計(jì)
拓?fù)鋬?yōu)化是在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行，在拓?fù)鋬?yōu)化前，必須要考慮到模板在注塑機(jī)中的臨界安裝尺寸。
2.1 拓?fù)鋬?yōu)化的建模技術(shù)
注塑機(jī)模板屬于厚板連續(xù)體結(jié)構(gòu)，基于有限元分析獲得的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，結(jié)構(gòu)邊界呈現(xiàn)不規(guī)則性，若要提取對(duì)優(yōu)化方案有參考價(jià)值的信息，其優(yōu)化結(jié)果需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚恚孩偬崛〗Y(jié)構(gòu)，將以密度分布介于表示連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，轉(zhuǎn)化為易于理解的表達(dá)方式。②鋸齒形狀的優(yōu)化結(jié)果的光順，將帶有有限元網(wǎng)格幾何特征的鋸齒形狀的折線(xiàn)光順為直線(xiàn)邊緣。③簡(jiǎn)化冗余網(wǎng)格信息。
2.2模板拓?fù)鋬?yōu)化
為方便單元的映射網(wǎng)格劃分，省略所有孔洞;厚度應(yīng)大于原模板，以便于得到更大的優(yōu)化空間，同時(shí)各處的厚度均勻。模板底部要來(lái)自機(jī)架的約束，所以簡(jiǎn)化成矩形體獲得X向的約束。①對(duì)前模板結(jié)果進(jìn)行分析可知：非優(yōu)化區(qū)域的選擇是正確的，在云圖中體現(xiàn)這些區(qū)域內(nèi)的材料承受大應(yīng)力，且隨體積約束的變化，原模型上部分材料的在結(jié)構(gòu)布局中的也逐步被邊緣化。②動(dòng)模板的拓?fù)涿芏冉Y(jié)果云圖中可知?jiǎng)幽０迕芏炔牧戏植夹纬呻p拱橋結(jié)構(gòu)，即肘桿施壓區(qū)和背面承力區(qū)形成的拱橋結(jié)構(gòu)，拉桿孔和肘桿施壓區(qū)形成的拱橋結(jié)構(gòu)。肘桿施壓區(qū)和背面承力區(qū)在不同平面上，這種結(jié)構(gòu)就極力適用于動(dòng)模板的受力情況。在拱橋的中間，仍體現(xiàn)出表面材料的重要性大于中間的傾向。另一拱橋結(jié)構(gòu)由于拉桿孔貫穿模板Z向，拱形并不明顯，而拉桿孔周?chē)牧系拿芏确植既泽w現(xiàn)出表面重中間輕的彎曲梁原則。③后模板在拓?fù)鋬?yōu)化之后的筋板形式比其他兩塊模板凌亂。這與后模板優(yōu)化前的模型結(jié)構(gòu)有關(guān)系，為保證肘桿機(jī)構(gòu)正常完成順序動(dòng)作，優(yōu)化前模型保留了相當(dāng)大的深度，使得拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)的余地變小。
3結(jié)語(yǔ)
利用CAE技術(shù)進(jìn)行注塑機(jī)模板的優(yōu)化設(shè)計(jì)既有學(xué)術(shù)意義，又具有較強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。采用有限元及拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)模板進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，可以在不提高結(jié)構(gòu)岡度，優(yōu)化應(yīng)力分布前提下大幅節(jié)省模板的材料，實(shí)現(xiàn)模板輕量化的目標(biāo)。同時(shí)，與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，它大大縮短了設(shè)計(jì)周期及降低成本，明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]曾攀，有限元分析及應(yīng)用[Ml.北京：清華大學(xué)出版社.2004.
[2]李競(jìng).注塑機(jī)模板的有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D].廣西：廣西大學(xué)，2002.
[3]涂書(shū)棟，基于的壓鑄機(jī)合模機(jī)構(gòu)有限元分析研究[D]斌漢：武漢大學(xué)，2005.
[4lRong JH,Xie YM,Yang XY.An imoptimical method for evolutionary structural optimization against buckling[J].J Computers&Structure,2001.
[5]夏明，王興天.注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].北京化工學(xué)院學(xué)報(bào).1990，17(4).
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