頭板設計在壓鑄機中的有限元分析

覃敏+梁志剛

摘 要：壓鑄機作為一種重要的工業機械加工設備，在提升機械加工的精確度以及工作時效等方面發揮著關鍵性的作用，為了進一步發揮壓鑄機的技術優勢，確保機械生產加工活動的有序開展。文章以頭板設計有限元分析作為研究對象，在相關理論原則的指導下，對壓鑄機頭板設計的剛度、強度等基本參數進行梳理優化，為后續工作的開展提供了必要的參考，以期充分發揮壓鑄機的性能優勢，推動我國工業生產活動的健康高速發展。

關鍵詞：壓鑄機 ；頭板設計 ；有限元分析 ；剛度強度

前言

壓鑄機頭板設計過程中，在計算機技術、仿真模擬技術的框架下，采取有限元分析的方式，使得技術人員能夠在規劃階段，發現壓鑄機頭板設計環節中存在的不足，從而采取必要的彌補手段，進行設計優化[1]。有限元分析在壓鑄機頭板設計中的應用，對于提升頭板設計工作效率，減少設計加工誤差的出現，以及縮短產品試制周期，控制了投入成本，對于我國工業生產以及機械加工活動的現代化進程有著十分重大的現實意義。

1.壓鑄機頭板結構建模分析

從實際情況來看，在對壓鑄機頭板結構進行幾何建模的過程中，需要對加工零件進行必要的簡化處理，由于零件表面的細小紋理特征對于零件加工工作的影響程度較低，因而在進行建模活動之中，可以進行忽略。在進行頭板結構建模的過程中，只需要選擇基本元素進行有限元幾何模型的構建，通過這種操作既可以提升有限元建模活動的有效性，又能夠降低建模工作的困難程度，對于頭板設計工作而言有著十分重大的現實意義。例如2000kN壓鑄機其頭板材質一般使用QT500-7材質，這種材質的屈服強度為320MPa[2]。為了保證頭板屈服強度滿足實際加工操作的需求，采用4種頭板設計方案，通過對頭板內部哥林柱空位置以及數量的修訂，得到兩種優化方案，如下圖所示：

正是通過對壓鑄機頭板結構的幾何建模，工作人員才能夠對設計方案中存在的不足以及結構缺陷進行科學分析，通過設計方案的優化以及調整，使得頭板結構內部各主要技術參數更加符合機械零部件加工工作的客觀要求。

2. 板設計在壓鑄機有限元分析

2.1頭板邊界條件設置

在進行頭板尺寸確定的過程中，可以使用ANSYS軟件對頭板三維模型進行有限元網絡模型設置，例如設置節點的數量可以控制在9600000，而單元數則應為66500002，通過對模型主要節點以及單元的設置，使得邊界設置工作具有一定的針對性[3]。同時根據頭板疲勞實際情況來分析，頭板凸臺為頭板的薄弱區域，使用壽命較短，因此在進行頭板邊界設置的過程中，需要對凸臺進行分析，對哥林柱孔的分布位置以及直徑進行合理化判斷，借助于ANSYS軟件對有限元分析數據以圖表的形式進行輸出，對凸臺的變形量、彈性應變以及等效應力進行全面分析，從而為設計工作的開展提供了必要的數據支持[4]。

2.2頭板設計剛度、強度校對

在有限元分析完成之后，需要對設計方案中頭板材質表現的剛度以及強度進行校對，使得不同設計方案所表現的剛度、強度數據與有限元分析所產生的數據進行橫向對比，以期全面提升壓鑄機頭板設計工作的針對性[5]。同時技術人員必須認識到有限元分析其本質上市一中近似算法，因此在進行分析的過程中會出現一些波動，而這種波動較為正常，其不會影響有限元分析工作的準確性，通過對頭板設計結構強度、剛度的核對，提升了頭板制造工作的有效性，減少其發生故障故障的機率。

3.結語

頭板設計在壓鑄機有限元分析中的實現，對于提升壓鑄機工作能力，減少故障發生機率有著十分關鍵性的作用，為了確保頭板設計工作的有序開展，文章以有限元分析作為切入點，對頭板設計過程進行必要梳理，對技術操作進行優化進而為后續頭板設計制造工作的開展提供了必要的參考。

參考文獻：

[1]馬建業，黃志垣，李培杰，徐飛躍，張百在.壓鑄機頭板設計的有限元分析[J].特種鑄造機有色合金，2016，36（9）：904-908.

[2]郭子利.壓鑄機沖頭和熔缸的摩擦有限元分析及實驗研究[J].唐山學院學報，2014（3）：61-62.

[3]陳濤，李連波，陳龍.壓鑄生產線取件機械手的優化設計[J].機械制造，2014，52（11）：19-21.

[4]呂青青，陶金倉，楊立權.壓鑄機壓射頭冷擠壓成形工藝DEFORM-3D優化分析[J].現代制造工程，2016（10）：75-78.

[5]阮航.大型壓鑄機合模機構模板的有限元分析與拓撲優化[J].華東交通大學，2014（12）：89-90.