注塑机模板

注塑机模板（精选3篇）

注塑机模板 篇1

0引言

塑料注射成型机（简称注塑机）是将热塑性塑料或热固性塑料制成各种塑料制件的主要成型设备。随着现代工业和尖端科学技术的发展，塑料制件越来越广泛地运用到国防工业、机械、电气、航空、交通运输、建筑、农业、文教、卫生及人民生活等各个领域。但是作为注塑机的关键部位-合模装置中的模板设计，长期以来都是凭经验按传统的手工计算方法为主，其计算模型粗糙，计算结构误差大，设计保守，产品笨重，结构不合理，导致了部分模板在工作中产生了不同程度的裂纹，严重影响了产品的质量，造成了一定的经济损失[1]。本文就SZ-6300型注塑机的调模板应用有限元的方法分析如下：

1基本假设[2,3]

由于模板结构和受力状态十分复杂，考虑所有因素的影响是十分困难的.因而，为了突出主要矛盾，忽略次要因素的影响，对模板及其受力情况作如下简化假设：

(1)模板安装在床身上，底部固定处看作垂直方向的位移约束。

(2)拉杆对模板的受力影响是比较大的，它们之间由螺母固定，可看作沿拉杆孔周围环面给予位移约束（在实际处理中看作三个方向都有约束）。

(3)模板的温度应力与合模力引起的应力相比显得很小，可以忽略不计。

(4)为了简化计算模型，以减少计算时间和容量，忽略安装螺孔等小孔的影响以简化结构形状。

(5)模板的载荷为均布载荷。

2 SZ-6300注塑机的实体建模以及应力应变分析

通过对注塑机模板的工况分析，以及根据上面的假设，利用Pro/Engineer软件建立注塑机调模板的三维实体模型如图1所示。

然后根据Pro/e建立的模型直接转换为IGS格式的文件后，导入ANSYS后，通过定义材料参数，定义网格属性，划分网格，加入载荷、约束条件，进入求解器求解就可以得到注塑机调模板的各种应力、应变分布情况。为了分析调模板的受力情况，从后处理器查看应力情况如图2为了进一步分析承载区的应力、应变趋势，分别具体的分析了路径1和路径2的应力应变，如图2c所示。

由应力云图（图2a以及图2b）可以看出:调模板最大应力值超过100MPa，是应力集中的地方，而且在建模的时忽略了此处的圆角，所以在这里计算的应力将比实际中的应力大很多，虽然如此，但是这也提示我们在生产过程中要严格控制应力集中区域的圆角的大小和光滑程度，以减小这些处的集中应力。除应力集中的区域外，其它区域的应力均不超过70MPa。在承载区，应力的最大值约为62MPa，分布规律与应变一致，这主要是由于对象是在弹性范围内研究。从图2c中左边的坐标应力曲线可以看出：在承载区，应力分布变化平缓，完全能够承受该区的载荷。

以承载区最上顶端边上的点与该边的一个顶点的距离为X轴，沿图2a路径1方向，以该点处的变形为Y轴建立的坐标应力、应变曲线如图2c，从应力坐标曲线图上可以看出：承载区的最上顶端的边上应力分布类似于受均布载荷见简支梁的应力分布，这印证了丁永红、徐敬一[4]提出的模板可简化为两端固定的普通梁的基本假设，也印证了该模型的正确性。在研究了应力分布的基础上，为了研究承载区的应变分布，从后处理器中查看调模板的应变云图，（如图3）。

由应变云图（图3）可以看出，调模板最大应变值为-0.399×10-3，该变形处于受X向约束边的承载区，在该区变形以该点为中心向外递减，越向远离载荷区的部位位移越小。为了研究承载区厚度方向的应力应变分布情况，截取沿厚度方向的应力应变云图，如图4示。

在承载区的应力、应变情况纵向分布见图4，从应力云图（图4a）上看，该区厚度方向的应力分布比较均匀，也就是说在同一厚度方向上其应力方向相同，大小相差不多。而且在应变方面也有同样的规律（图4b）。所以在设计该模板的厚度问题时，只要能满足功能上的要求和弯曲强度就足够。

从上面的分析可知：调模板大部分地区应力已经满足要求，但是上下承载区变形较大。

所以在结构改进中应该改进承载区域的结构，避免载荷过于集中，合理设计背部槽孔。

摘要：本文主要利用ANSYS软件对SZ-6300型注塑机调模板进行了强度分析以及结构优化。首先根据原厂家提供的图纸以及技术参数建立三维实体模型,并且对它进行力学分析。

关键词：调模板,ANSYS,有限元

参考文献

[1]北京化工大学,等.塑料机械设计[M].北京:中国轻工业出版社,1983.

[2]应济,陈子辰.塑料机前模板的有限元集成分析[J].现代塑料加工应用,1995(3).

[3]丁玉梅.注射机合模机构的刚度分析[D].北京:北京化工学院,1996.

[4]丁永红,徐敬一.注塑机模板的实用计算模型[J].塑料科技,1994(2):42-43.

注塑机模板 篇2

前模板是注塑机最重要的零件之一,其主要作用是固定模具及定位导向。对液压-机械式和机械式合模机构而言,模板比较容易断裂,这与其结构有关,因为模板是靠整个系统的弹性变形产生锁模力的。本文以SZ-6500注塑机的前模板为研究模型,运用Pro/E软件对其实体建模,并运用ANSYS软件对其进行静态有限元分析,为进一步改善模板受力情况及结构设计提供理论参考。

1 有限元分析计算

1.1 基本假设

由于前模板结构和受力状态十分复杂,考虑所有因素的影响是十分困难的。为了便于分析和计算,有必要对前模板及其受力情况作如下简化假设:①前模板安装在床身上,把底部固定处看作垂直方向的位移约束;②拉杆对前模板的受力影响是比较大的,它们之间由螺母固定,可看作沿拉杆孔边界给予位移约束;③前模板的温度应力与合模力引起的应力相比显得很小,可以忽略不计;④为了简化计算模型,以减少计算时间和容量,忽略安装螺孔等小孔的影响以简化结构形状;⑤结构和载荷有一个对称面,分析时可以沿对称面剖开,取其1/2,并加以对称约束。⑥前模板的载荷为均布载荷。

1.2 实体建模

本文采用将ANSYS直接集成在Pro/E中,在Pro/E中完成建模后直接点击“ANSYS Geom”,系统会自动将ANSYS打开,将当前模型导入到ANSYS中去,只要使用“Plot”菜单中的“Volumes”选项,就可将SZ-6500注塑机模板实体模型显示出来,见图1。

1.3 划分网格

前模板材料为QT500-7,屈服强度σs=320MPa,抗拉强度σb=500MPa,弹性模量E=1.57×105MPa,泊松比μ=0.29。由于模板在结构上具有对称性,因此在建立有限元模型时,只要取原模型的一半即可,这样可以大大减少工作量、提高效率。根据板的结构特点本文选择八节点六面体单元自适应精度控制进行自由网格划分,得到单元总数为71 796,节点(node)总数为14 734。

1.4 施加边界条件及载荷

SZ-6500注塑机采用肘杆式合模机构,前模板的主要作用是固定模具及定位导向,板四角孔处由导向拉杆相连,前方接收熔融的塑料,板背部固定模具,承受合模时模具压力,底部固定于床身。因此,模板受力模式转换为:模板底部与床身的螺钉固定简化成Z向约束,拉杆前方的螺栓固定简化成拉杆孔边界全约束,在模板剖分面上加对称约束。SZ-6500的合模力为6 500kN,属大中型注塑机,锁模力约为7 150kN(乘以超载系数1.1)。锁模时,前模板与动模板将模具压在其中,因此可将合模力简化成均布载荷作用在模板背部固定模具的环面(模具最小安装面积)上。

1.5 求解运算

ANSYS的通用后处理器(POST1)的功能非常强大,既能做简单的图像显示,也能进行复杂数据的列表,还可以用动画显示模型在载荷作用下的内力变化过程,用图形的方式解释分析计算结果。

在前模板当前载荷下求解运算过程结束后,可利用通用后处理器观察运算结果,得到前模板的变形云图(见图2)和应力云图(见图3)。

2 结果分析

由图2可以看出,模板背部中心孔附近变形较大,最大变形值为0.389mm,由中心向外递减,且离载荷区越远变形越小。由图3可以看出,应力最大区域分布在中心孔边缘、沿米字形的筋板及拉杆孔约束处,局部最大应力为138MPa。所得结果与工厂提供的实际工况相吻合,模板裂纹主要出现在中心孔周围及米字形筋板部位及拉杆孔约束处。这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。

3 结论

(1)对SZ-6500注塑机前模板的有限元分析结果显示:该板大部分区域应力已基本满足设计要求,但变形较大,从而导致制品溢边或使制品精度下降。因此,在结构的改进中应合理布置加强筋,提高模板刚度。

(2)利用Pro/E软件建模,运用ANSYS软件对其进行有限元分析,与传统方法相比,提高了分析精度和设计质量,为改进前模板的结构设计提供了较为科学的依据。

摘要：运用Pro/E软件对SZ-6500注塑机的前模板进行实体建模,并运用AN SY S软件对其进行有限元分析,获得了应力和变形的分布情况,确定了易于破坏的危险区域,在此基础上对前模板的结构设计提出了较为科学的改进建议。

关键词：有限元,注塑机,前模板,ANSYS

参考文献

[1]北京化工大学,华南理工大学.塑料机械设计[M].北京:中国轻工业出版社,1983.

[2]黄步明.注塑机模板断裂的原因及预防[J].工程塑料应用,2000,3(1):28-29.

[3]李竞,李小平,陈宏滨.运用ANSYS软件对注塑机调模板进行有限元分析[J].机械设计与制造,2003(3):60-61.

注塑机动模板拓扑优化 篇3

0 引言

注塑机的锁模部分提供了模具打开和合紧运动[1], 并且提供了合紧模具所需要的力, 其中拉杆, 定模扳, 动模板是和一套开合模运动机构是锁模部分的关键部件, 推拉动模板的机构有如液压缸直接驱动, 电机滚珠丝杠驱动, 和曲肘机构驱动[2,3,4]。

由于在注塑过程中, 型腔会产生很高的压力, 需要有足够的锁模力作用于动定模板以阻止模具胀开[5], 这种锁模力在拉杆, 定模扳, 动模板等锁模结构中形成力闭环, 如图1所示.在力闭环中, 动模板负责将型腔中的压力传递到曲肘式锁模机构的铰接点处.由于作用在动模板上的力不在同一直线上, 动模板承受极大的弯矩从而产生弯曲应力, 若模板强度不足, 则可能在该弯曲应力下爆裂[6,7]。同时为了保证型腔的几何精度以及保护模具, 模板平面的变形应尽量小而且尽量均匀压缩而不能产生过大的弯曲[8,9]。为了提高模板刚度和强度, 加厚模板是一个直接有效的选择, 但这会增加原材料成本, 过大的质量也会加重机架以及运动机构的负担[10], 而本文的目标则是利用拓扑优化的方法在保证动模板刚度下降最小的前提下减轻模板的质量。

在工程领域中有三大优化方法:分别是拓扑优化, 形状优化以及尺寸优化, 这也是在优化过程中的三个步骤, 拓扑优化优化材料的分布, 形状优化用于避免应力集中, 尺寸优化给出详细的零件尺寸。近年来, 拓扑优化得到极大的发展以及重视, 在一些常用的CAE软件中都可以获得相关功能的集成, 从而大大减小优化过程的工作量[11,12]。本文利用Solidworks Simulation提供的有限元分析功能以及API接口完成动模板的拓扑优化。

1 拓扑优化的原理

拓扑优化是在一定的约束条件与优化目标下找到材料在结构件中的最佳分布。刚度函数或者质量函数都可以作为优化的约束或目标函数, 刚度函数定义为结构上的外部负载与其作用点上的位移的乘积, 该乘积也等于结构内部的所有弹性变形能.在优化的过程中, 以各单元的平均密度组成的密度矩阵为优化变量, 该矩阵为只包含0, 1二值的矩阵, 质量函数即为由个单元质量组成质量矩阵与密度矩阵的内积, 由于在优化计算过程中单元密度会发生0与1之间的变化, 密度为0的单元代表该处没有材料, 相当于该单元在力的作用下会产生无限变形, 在有限元计算的过程中, 结构变形计算由刚度矩阵乘以外力向量得出, 为了使结构变形反应出材料分布以及质量的变化, 需更新刚度矩阵, 而整体刚度矩阵由各单元刚度矩阵叠加得到。将密度为0的单元刚度系数设为0即可使刚度矩阵反应出材料的分布。本文中使用一种简化的自组织方法进行优化, 图2。

如图2所示, 迭代过程需要更新单元刚度矩阵, 也就是决定某一单元的刚度系数.这由单元的当前的Von Miss应力与整体应力均值的关系决定.迭代过程可视为求有限元模型的 (载荷向量) 与加载点位移点积的最小值, 即

约束方程为:

C-刚度系数矩阵:

M-单元质量矩阵:

M设定-要求结构的质量.

式 (1) 中

K-刚度矩阵

式 (1) 可以变形为

求解问题最终可以化为求等式 (2) 的约束下, 求刚度系数C使式 (4) 满足要求.对于该问题的求解本文不作详细讨论。

2 对动模板的拓扑优化

2.1 动模板的初始几何形状

图3所示为动模板的初始形状, 在实际应用中, 动模板通常需要装上顶出机构, 该机构用于制品成型后将制品顶出模具型腔, 机构包括顶针以及顶针油缸, 初始形状预先留出这个机构的空间, 为后续设计提供最大的便利, 机铰作用位置设置于最常见的五点曲肘式锁模机构的作用位置。

2.2 有限元模型的建立

有限元模型的建立包括材料定义, 网格划分以及定义载荷和约束, 为了提高计算效率, 取动模板的1/4模型进行优化, 动模板采用球磨铸铁, 弹性模量取173GPa.由于初始形状较为复杂, 网格主要划分为四面体网格, 网格划分效果见图4。

对A和C面施加对称约束, 对B面施加法向位移约束, 对D面施加200KN的力。

2.3优化结果

为了进行对比, 首先计算了初始形状的变形情况, 初始形状在UZ方向的变形云图如图5所示, 在UZ方向的变形规律基本是以机铰作用位置为中心, 各点在UZ方向的位移与其和机铰作用点的距离近似成正比关系, 位移最大发生在码模面中心处, 对于高速注射的薄壁制品, 可能会因此产生飞边。

图6为拓扑优化后的几何形状, 顶针空间附近大部分的材料被保留, 拉杆孔附件的材料则被去除大部分, 值得注意的是, 顶针油缸所在的直径100的圆孔附件的大部分材料也被保存下来, 应力分析结果显示该处主要受拉应力的作用, 景受力分析可知, 该处拉力的出现主要是因为机铰的推力与模具型腔所产生的力不在同一直线上, 从而产生弯矩, 使模板弯曲中心位置凹陷。据相关资料显示, 该处为模板爆裂的危险点, 为了减小该处的拉应力以及减小模板的弯曲变形, 将机铰作用点向模板中心方向移动是一个较好的解决办法。

图7显示的是模板平面在优化前后的变形曲线, 优化前变形在0.03~0.052mm之间, 在经过减小一半质量的拓扑优化后, 变形幅度并没有成倍加大, 优化后变形幅度较优化前稍微加大, 在0.035~0.06mm之间, 比优化前约增加15%, 在注射普通产品时, 该变形量在可接受范围内, 按照优化结果对动模板进行重新设计将会大大降低注塑机成本, 同时质量的降低也会降低在使用过程中液压系统的负担以及能耗, 从而降低注塑件的单件成本.减轻模板重量也更符合绿色环保的可持续发展理念。

图8是迭代过程曲线, 迭代过程中的每一步计算都符合质量减少50%的约束条件, 迭代过程中根据各单元计算应力的大小决定各单元的刚度系数。模板的变形能等于负载与相应位移的乘积, 变形能与模板的刚度成反比, 从曲线中可以看到, 优化过程中模板的变形能减小到原来的1/2, 即模板的刚度在优化过程中增加了1倍。

3 结论与讨论