注塑机尾板的有限元分析及结构优化
       沈加明
(宁波华美达机械制造有限公司  浙江 宁波 351803)


摘要:传统的注塑机模板用手工加经验设计 ,很难保证模板的安全性和结构的合理性 ,运用先进的 ANSYS工程分析软件对注塑机的尾板进行有限元分析 ,分析其应力和变形的分布情况 ,比较几种常用的结构,得出较轻的重量下达到注塑机要求的尾板结构,从而降低注塑机的生产成本,而不影响注塑机整机的质量.
关键词:尾板;有限元;优化

注塑机是塑料的主要成型设备之一,按照驱动方式分为液压式、电动式和液压-电动混合式,按照机械结构布置方式分为立式和卧式.  合模机构是注塑机最重要的机械部件,目前使用最广泛的有直压式、液压肘杆式和电动肘杆式,国产注塑机的合模机构以液压肘杆式为主。 液压肘杆式合模装置是由模板、拉杆,肘杆机构等组成的一个力的封闭系统。合模装置在工作过程中,其大部分零件均在较大的变载作用下工作。因此,这些主要受力零件(拉杆、模板、肋杆等)必须具有足够的强度和刚度.而在液压肘杆式合模装置中,三大板(头板,二板,尾板)的重量占了很大的比重,下面用ANSYS工程分析软件对锁模力为500T的尾板进行分析,优化。

  1. 尾板的结构优化

尾板的主要功用是调节模具厚度,同时作为肘杆的支撑点,推动动模板来回运动, 实现模具启闭动作。尾板受肘杆机构传递过来的锁模力和锁模油缸的推力,但是因为锁模油缸对尾板的作用力太小,一般都把该力忽略,仅考虑承受肘杆传递过来的锁模力。
ANSYS 软件是美国 ANSYS 公司开发的一个功能强大灵活的设计分析及优化大型通用有限元软件包。该软件能实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化,实现多场及多场耦合分析,具有多物理场优化功能及强大的非线性分析功能。其主要功能有:结构分析、热分析、模态分析 、 热-结构耦合分析(热应力)、 优化设计等。 结构分析是ANSYS 软件最为普遍的应用领域 。

    1. 模板模型的建立和分析
  1. 实体建模。为便于分析和计算 ,对模板作如下简化假设:忽略温度应力的影响 ,简化螺孔、凹槽及圆角等 ,施加均布载荷 ,根据结构和载荷的对称性 ,用UG软件做1/4尾板做为分析模型。
  2. 网格划分。根据模板的结构特点选择SOLID92自适应精度控制进行自由网格划分。
  3. 边界条件。模板对称面上加对称约束,拉杆定位孔处X和Y方向约束,调模丝母的端面Z方向约束。
  4. 载荷情况。合模力加载在支架的孔上面。 如图1



  e 结果分析。查看结果云图2可知:变形的最大处是支架的上端,其的变形量为0.36mm,其余的地方的变形较少。 查看结果云图3可知:其最大拉应力出现在支架的孔边上,其大小为92MPa,其余的应力较小。
 
  有限元分析结果实际工作情况相符 ,变形主要出现在支架部位。表明所建立的分析模型是合理的 ,能够反映模板真实的受力情况。根据工厂设计规范 ,该模板的变形和应力已满足设计要求 。

    1. 模板的结构优化
 
 

上面所分析的模板虽然满足设计要求,但是在竞争越来越激烈的今天,还是需要尝试优化其结构,使其在达到工厂设计规范的前提下,尽量减轻其重量。
以上分析的模板的重量为2865KG,下面把该模板的不重要的部分挖空,以减轻其重量,具体的方法如图4和图5所示。

 

  经过减重后的模板的重量为2600KG, 重量较上一块轻了265KG, 对该模板进行ANSYS分析,经过网格划分,边界条件约束,在支架上加载荷后分析的变形云图和应力云图如图6和图7所示:
   
结果分析。查看结果云图6可知:变形的最大处是支架的上端,其的变形量为0.40mm,其余的地方的变形较少,较上块模板变形大了0.04mm,满足机器的要求。 查看结果云图7可知:其最大拉应力出现在挖孔的边上,其大小为120MPa,其余的应力较小, 满足机器的要求。
2 结论
a  采用有限元分析 , 与传统的方法相比 , 提高了分析精度及设计质量。
b  通过有限元分析及结构优化设计 , 使改进后的模板在满足刚度和强度的条件下 , 减轻了重量, 节约了成本。

 

参考文献:
[ 1 ]  北京化工大学,华南理工大学1塑料机械设计[M]1 北京:中国轻工业出版社,1983。
[ 2 ]  李 竞1注塑机模板的有限元
分析及拓扑优化设计[D]1 南宁:广西大学机械工程学院,2002。

 

 

 
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