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    注塑模具机构强度分析及结构优化

    时间:2022-09-25 16:01 所属行业:注塑、模具、强度分析、结构优化


        在我国,模具工业被称为“工业之母”,随着工业生产的快速增长,它已成为国家重点支持的高新技术产业。由于国内模具企业采用较为传统的“设计一加工一装配一试模一修模一再试模”的生产方式设计制造模具,与国外先进发达国家相比,国内模具表现出精度较低、寿命较短、设计制造周期较长、成本较高等劣势,严重削弱了我国高端模具在国际市场上的竞争力。
        模具斜推杆机构是注塑模中最为常见的侧向抽芯机构,它常用于制品内侧存在凹槽或凸起结构并且强行推出型芯时会损坏制品的场合。在脱模过程中,前后模打开,斜推杆在由液压缸带动的推杆底板的推动下开始顶出制品。由于斜推杆与开模方向有一定的倾斜夹角,所以在顶出的过程中,斜推杆做斜向运动,斜向运动分解成一个沿脱模方向的垂直运动和一个脱离制品内侧面的侧向运动。达到一定的行程后,斜推杆中的胶位就会完全脱离斜推杆,实现侧向抽芯。
        由于工作条件极为复杂,合模状态下整个模具承受锁模力作用,强大的预应力将使模架、行位等其他结构镶件产生预变形,这些变形会将斜推杆包裹在对斜推杆起导向作用的模板滑槽内,工作过程中模具温度较高且变化幅度较大,也会使斜推杆产生内部热应力,润滑不良会增大斜推杆与导滑槽的摩擦力,不利于斜推杆被顺利推出完成抽芯运动,由于制造加工、装配等方面的因素也会造成斜推杆在导滑槽内运动受阻。一旦斜推杆运动受阻,轻则加速斜推杆的磨损烧蚀,重则出现压弯甚至折断现象,严重影响整套模具的使用寿命,增加模具的使用维修成本,大大降低制品生产厂家的生产效率,因此研究如何提高斜推杆机构的强度具有重要意义。
        采用通用有限元分析软件ANSYS对模具中常见的两种截面斜推杆一圆形截面斜推杆和方形截面斜推杆进行危险工况下的静强度分析,分析出各个几何参数与斜推杆强度的关系,为模具设计过程中选择斜推杆类型和几何参数提供了可靠的理论依据,具有相当程度的现实意义。
    1、ANSYS有限元分析建模计算
        ANSYS中有限元模型的建立包括几何模型的建立和单元网格的划分两个过程。模具斜推杆结构一般具有对称性,为了节省计算机资源提高分析速度,采用轴对称模型来进行分析建模。
    2、结构尺寸与斜推杆强度的分析
        利用ANSYS参数化设计编程语言APDL编写了分别以L1,L2,H,a等几何参数为单个变量,而其他几何参数为常量的方形截面斜推杆强度专用计算程序,经循环计算得出在单位推力下斜推杆的最大等效应力数据,将其导入Matlab拟合绘制出在单位推力作用下斜推杆最大应力值与单个儿何参数的关系曲线。
    3、分析结果及设计建议
        根据分析结果,为了降低斜推杆在工作过程中受到的应力,提高斜推杆的强度,在模具设计时可以从以下四个方面优化模具脱模结构:
        1)、当空间和成本等因素可以接受的情况下,应优先使用方形截面斜推杆机构以提高强度,延长模具使用寿命。
        2)、在空间结构允许的情况下,尽量加大斜推杆横截面尺寸。斜推杆横截面宽度L2在降低斜推杆应力方面比横截面长度L1的作用要明显,所以设计时可选择L2>L1的长方形截面斜推杆。
        3)、在满足侧向抽芯的行程要求下,尽量减小斜推杆外伸长度H。条件允许的话可以将斜推杆的侧向受力点下移,如在靠近斜推杆末端处增加导向块。在斜推杆较长且单薄,或倾斜角较大的情况下,可以采用二段式斜推杆的方法以提高寿命。
        4)、在满足侧向抽芯的情况下,斜推杆的倾斜角尽量选用较小角度,对斜推杆倾斜角的设计原则是能小不大。选用较小的倾斜角也能降低斜推杆在导滑槽中发生摩擦自锁的可能性。
    4、总结
        本案例采用ANSYS有限元分析方法对模具中使用极为广泛的斜推杆机构进行了静强度分析,分析结果与实际生产过程中反馈的经验情况一致。并且以各个几何参数为单个变量建立了斜推杆机构有限元分析的参数化模型,研究了各个几何参数与斜推杆强度的关系,为模具中斜推杆机构的设计生产提供了可靠的理论支撑与指导,也为CAE仿真技术在模具结构分析上的应用提供了思路。

                                                                                     专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                            杭州那泰科技有限公司
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