型芯變形的有限元模擬

摘要模具型芯在注射壓力作用下會產(chǎn)生偏移。本文通過有限元分析軟件ANSYS對型芯在注射成型過程中產(chǎn)生的變形進行模擬，得出偏移量。為合理確定型芯尺寸提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞型芯 變形 模擬

中圖分類號:TP31文獻標識碼:A

在模具的冷卻過程中，變形量將有部分恢復，其恢復程度取決于加工參數(shù)，塑料熔體的性能以及注塑件尺寸和形狀。由于很難預測變形的恢復程度，將會對模具設(shè)計產(chǎn)生較大影響。本文通過有限元分析軟件ANSYS對型芯的偏移進行模擬，得出變形量，從而生產(chǎn)出合格制品。型芯的受力可以分為三種情況:在型芯根部受載;在型芯端部附近受載;沿型芯長度方向壓力保持一致，下面以沿型芯長度方向壓力保持一致為例進行分析。

1 有限元分析

有限元法是利用離散化將無限自由度的連續(xù)體力學問題變?yōu)橛邢迒卧?jié)點參數(shù)的計算，是用來分析結(jié)構(gòu)問題的強有力的工具，可以成功的解決各種固體力學的問題，如桿系、板與殼(包括薄板、厚板、簡殼、任意殼等)和大變形等問題，不論結(jié)構(gòu)的幾何形狀和邊界條件多么復雜，不論外加載荷和材料性質(zhì)如何多變，使用有限元均可得到滿意的答案。本文應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對型芯變形進行模擬。

1.1 建立有限元模型

1.1.1 進入ANSYS

程序 →Ansys →Interactive →change the working directory into yours →input Initial jobname: beam→Run。

1.1.2設(shè)置計算類型

選擇結(jié)構(gòu)類型。

ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK。

1.1.3選擇單元類型

型芯選擇為一維桿單元(BEAM)。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete… →Add… →select Beam 2D elastic 3 →OK (back to Element Types window) →Close (the Element Type window)。

1.1.4定義材料參數(shù)

輸入材料的彈性模量與泊松比。一般常用模具鋼的彈性模量E = 200GPa，泊松比 = 0.3。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.0e11， PRXY:0.3 → OK。

1.1.5定義截面

輸入圓形或矩形型芯截面的尺寸。假定圓形型芯半徑為R =10mm，矩形型芯寬度B = 10mm，高度H = 20mm。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Sections →Beam →Common Sectns →分別定義矩形截面、圓截面:矩形截面:ID = 1，B = 10，H = 20 →Apply →圓截面:ID = 2，R = 5 →Apply→OK 。

矩形截面 圓截面

1.1.6生成幾何模型

(1)生成特征點

假定型芯長度為50mm。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次輸入兩個點的坐標:input:1(0，0)，2(50，0)→OK。

(2)生成梁。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →lines →Straight lines →連接兩個特征點，1(0，0)，2(50，0) →OK。

1.1.7 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分為5段。

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked lines →OK →選擇:SECT:1(根據(jù)所計算的梁的截面選擇編號);Pick Orientation Lines:YES→拾取:→OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5 →OK (back to Mesh Tool window) → Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close (the Mesh Tool window)。

1.2加載與求解

1.2.1 施加約束和加載

(1) 在型芯的固定端施加約束。

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Nodes →pick the node at (0，0) → OK → selectUX， UY，UZ，ROTX → OK。

(2) 施加壓力。

ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure → On Beams →Pick All →VALI:50 → OK。

1.2.2 分析計算

ANSYS Main Menu: Solution →Solve → (下轉(zhuǎn)第49頁)(上接第47頁)

Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK。

1.3顯示結(jié)果

ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → selectDef + Undeformed →OK (back to Plot Results window) 。

2 結(jié)論

通過以上有限元模擬，對于注射成型過程中型芯的變形，只要根據(jù)本文的有限元分析過程，建立實體模型，施加約束與求解，顯示結(jié)果，就可得出各種類型的型芯變形量，為合理設(shè)計模具，生產(chǎn)出合格的制品提供依據(jù)。

參考文獻

[1]張國瑞.有限元法[M].北京:機械工業(yè)出版社，1991:20-35.

[2]嘉木工作室.ANSYS有限元實例分析教程[M].北京:機械工業(yè)出版社，2002:35-85.