基于ANSYS的T680型注塑機(jī)模壁的有限元分析研究

張小紅

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安，223003）

基于ANSYS的T680型注塑機(jī)模壁的有限元分析研究

張小紅

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安，223003）

有限元分析法是現(xiàn)代迅速發(fā)展起來的一種對(duì)于結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析的計(jì)算方法，本文以注塑機(jī)模板作為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)T680型注塑機(jī)靜模板、動(dòng)模板進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析，獲得靜模板、動(dòng)模板的應(yīng)力、變形的分布情況，確定出最易破壞的危險(xiǎn)區(qū)域，為改善注塑機(jī)性能，質(zhì)量和壽命，提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)。

注塑機(jī)；模板；有限元

0 引言

注塑機(jī)，全稱為塑料注射成型機(jī)，是一種利用塑料成型模具將熱塑性塑料、熱固性料制成各種形狀的塑料制品的成型設(shè)備。注塑機(jī)的重要?jiǎng)傂粤慵悄０澹哂泄潭＞吆瓦\(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的定位基準(zhǔn)作用，其結(jié)構(gòu)和剛度將影響機(jī)器的質(zhì)量。本文運(yùn)用有限元分析技術(shù)對(duì)T680型注塑機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并給出改進(jìn)優(yōu)化方案。

1 T680注塑機(jī)機(jī)壁靜態(tài)分析

注塑機(jī)模板包含調(diào)模模板、動(dòng)模板、前模板，各模板之間通過拉桿連接。首先按工廠的設(shè)計(jì)圖紙，利用三維建模軟件solid works建立有限元模型，其次對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析。

表1 QT500-7材料屬性

1.1 靜模板靜態(tài)分析

靜模板是起到固定模具及定位導(dǎo)向的作用，主要承受彎曲變形。通常將模板的形狀設(shè)計(jì)成帶有肋板的截面。靜模板的實(shí)際受力模式為：四個(gè)拉桿處的位移均為零，其主要受力部分在模板與模具的接觸處。導(dǎo)入靜模板實(shí)體模型，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再對(duì)其施加邊界條件和載荷，效果如圖1、圖2所示。

QT500-7為塑性材料，采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算其失效形式，用圖形的方式解釋分析計(jì)算結(jié)果，如圖3、圖4所示。

根據(jù)變形云圖，可以得出：較大變形為模板背部中心孔附近，最大變形值為0.486mm，由中心向外變形值遞減，離載荷區(qū)越遠(yuǎn)變形越小。由等效應(yīng)力云圖可以看出，應(yīng)力最大區(qū)城分布在中心孔邊緣及拉桿孔約束處，局部最大應(yīng)力為120MPa，小于材料本身的屈服強(qiáng)度320MPa。

圖1 靜模板實(shí)體模型

圖2 靜模板網(wǎng)絡(luò)劃分結(jié)果

圖3 靜模板變形云圖

圖4 靜模板應(yīng)力云圖

1.2 動(dòng)模板靜態(tài)分析

動(dòng)模板是支撐模具的移動(dòng)部分，其實(shí)際受力模式為：支座處位移為零，膜具與動(dòng)模版接觸處是其主要受力部位，采用同樣的方法對(duì)動(dòng)模板進(jìn)行靜態(tài)分析，如圖5，圖6所示。

圖5 動(dòng)模板實(shí)體模型

圖6 動(dòng)模板有限元網(wǎng)格劃分模型

模板接觸面位固定約束，拉桿孔為X和Y方向位移約束，對(duì)磨具接觸面積上為固定約束。當(dāng)合模機(jī)構(gòu)鎖模時(shí)，曲肘連接孔承受曲肘對(duì)其施加的載荷，固載荷分布于孔內(nèi)表面，并且呈現(xiàn)為余弦分布在動(dòng)模板當(dāng)前載荷下求解運(yùn)算過程結(jié)束后，觀察運(yùn)算結(jié)果，得到動(dòng)模板的變形云圖，如圖7、圖8。

圖7 動(dòng)模板變形云圖

圖8 動(dòng)模板應(yīng)力云圖

從變形云圖可得出，變形最大是在模板曲肘連接孔上部，最大變形量為0.488mm。由等效應(yīng)力云圖可以看出，應(yīng)力最大區(qū)城分布在中心孔邊緣及拉桿孔約束處，局部最大的應(yīng)力為212.24MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度320MPa

2 T680注塑機(jī)模板模態(tài)分析

通過建模、網(wǎng)格劃分、添加約束，得到靜模板、動(dòng)模板的前六階振型的共振頻率，進(jìn)行模態(tài)疊加響應(yīng)分析和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果如表2所示。

表2 前六階振型的共振頻率

針對(duì)每一階固有頻率，同時(shí)又求解了其對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型，各模板各節(jié)點(diǎn)的位移。通過ANSYS通用后處理器方便地對(duì)其觀察和分析，并將靜模板、動(dòng)模板各階模態(tài)振型通過動(dòng)畫顯示出來。如下圖9、圖10所示。

圖9 靜模板振型

圖10 動(dòng)模板振型

3 結(jié)論

T680注塑機(jī)靜模板中高應(yīng)力區(qū)主要分布在中心孔邊緣、沿筋板及拉桿孔約束處，并且變形較大是在模板承載區(qū)，容易引起制品溢邊。因此，應(yīng)合理布置加強(qiáng)筋，以提高模板的剛度，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

T680動(dòng)模板上下兩邊變形關(guān)于中心孔不對(duì)稱，應(yīng)對(duì)動(dòng)模板作相應(yīng)的改進(jìn)。

[1]宋春華.高檔注塑機(jī)的發(fā)展動(dòng)向[J].機(jī)床與液壓,2012,40(2):122-129.

[2]高瑜.注塑機(jī)合模裝置主要構(gòu)件的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].山西：太原理工大學(xué)，2006.

[3]劉子恒.我國注塑機(jī)控制技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 技術(shù)前沿Forefront Of The Industry 塑料與包裝,2011:46-48.

[4]尚曉江,邱峰.ANSYS結(jié)構(gòu)有限元高級(jí)分析方法與范例應(yīng)用[M]北京:中國水利水電出版社,2008.

[5]李奇霏,徐梁晉.淺談ANSYS 對(duì)結(jié)構(gòu)[J].基建管理優(yōu)化,2010,22(3):39-41

[6]劉旭紅, 尹輝峻.注塑機(jī)模板的有限元拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].塑料工業(yè)，2008，36(1):32-34.

[7]趙先瓊,楊曉紅.ANSYS有限元分析與20節(jié)點(diǎn)塊單元[J].岳陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版), 2001,14(3):29-31.

[8]李奇霏,徐梁晉.淺談ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)模型動(dòng)載分析[J].基建管理優(yōu)化,2010,3(22):39-41.

[9]孫伏.基于ANSYS 的少齒數(shù)齒輪模態(tài)分析與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011,5:119-120.

based on ANSYS T680 type injection molding machine finite element analysis

Zhang Xiaohong
(Huaian college of information technology ,Huai’an Jiangsu,223003)

The finite element analysis is to structure mechanics analysis quickly developed a kind of modern computing method. This papers to the plastic injection machine template as the research object, by using the finite element analysis software ANSYS Workbench T680 type of injection molding machine, dynamic and static template after template finite element structure static analysis, modal analysis, get the distribution of stress and deformation, and determined the easy to destroy the danger zone. In order to improve the injection molding machine performance, quality and life expectancy, provide scientific calculation and analysis of the basis.

Injection molding machine; templates; finite element