有限元分析在注塑機設計中的應用

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有限元分析在注塑機設計中的應用時虹1時松青2陳緒明3（1九江職業(yè)技術學院江西九江332007；2廣東省技師學院廣州校區(qū)廣東廣州510800；3東華機械有限公司廣東東莞523070）320.52：A文章編號：1674注塑機是將熱塑性塑料或熱固性塑料加工成各種塑料制品的主要成型設備，日常生產和生活離不開塑料制品，因此，注塑機的生產產量和應用也將更加廣泛。在注塑機的鎖模裝置中有以下幾個重要的受力零件，名稱分別為定模板、動模板、后模板、拉桿和螺母，它們在注射和開模的過程中分別承受鎖模力和開模力，對于大型機來說，鎖模力可以高達4000噸，模板和拉桿要承受這么大的力，它們的結構設計顯得尤為重要，而用常規(guī)的力學計算方法計算量大且計算結果不可靠，通常在實際的結構設計中三大模板和拉桿都要用有限元軟件進行輔助分析計算?！　∮邢拊治鍪且环N解算關于場問題的一系列偏微分方程的數(shù)值方法，在機械工程中有限元分析被廣泛的應用到結構、振動和傳熱等問題上，用來解決從簡單到復雜的各種問題，它是在產品研發(fā)過程中分析和改進設計的一種強有力的工程分析工具?！　≡谧⑺軝C的研發(fā)和改進過程中，有限元分析極大地提高了設計質量和設計周期，特別是在模板和拉桿的受力結構分析方面，有限元分析已經(jīng)成為必不可少的工具。以東華機械有限公司的二板機4 000機型（鎖模力為4000噸）為例，在進行結構設計的過程中，模板和拉桿的有限元分析過程一般由以下四個步驟組成：1建立數(shù)學模型建立的數(shù)學模型包括受力模型和三維實體模型，所謂受力模型就是對受力零部件的受力方式、大小和固定方式進行準確的判定，而三維實體模型則要在不破壞受力模型的基礎上盡量的簡化，以劃分出優(yōu)質的網(wǎng)格，如所示為4000的拉桿和螺母的簡化數(shù)學模型?！　?建立有限元模型建立有限元模型就是對模型進行離散化處理，也稱為網(wǎng)格劃分，即將幾何實體剖分成相對小且形狀簡單的實體（稱為有限單元），實體（單元）的形狀原則上是任意的。二維問題一般采用三角形單元或矩形單元，三維空間可采用四面體或多面體等，注塑機零件分析常用四面體網(wǎng)格，如所示為4 000的定模板有限元模型?！　幽０宓奈灰平馑阌邢拊Ｐ徒馑阌邢拊Ｐ途褪怯糜邢迋€單元將連續(xù)體離散化，通過對有限個單元作分片插值求解各種力學、物理問題的一種數(shù)值方法。有限元法把連續(xù)體離散成有限個單元：桿系結構的單元是每一個桿件；連續(xù)體的單元是各種形狀（如三角形、四邊形、六面體等）的單元體。每個單元的場函數(shù)是只包含有限個待定節(jié)點參量的簡單場函數(shù)，這些單元場函數(shù)的集合就能近似代表整個連續(xù)體的場函數(shù)。根據(jù)能量方程或加權殘量方程可建立有限個待定參量的代數(shù)方程組，求解此離散方程組就得到有限元法的數(shù)值解，然后利用直接法或者迭代法綜合對整個模型的解，這一步軟件會自動完成。　　4分析結果有限元分析會給研究者提供受力系統(tǒng)的應力、變形等圖解，這些圖解將是修正和改進設計的重要依據(jù)。有限元分析當中最關鍵的一步就是對結果數(shù)據(jù)的分析，只有收斂的結果數(shù)據(jù)才是可供的結果數(shù)據(jù)，軟件中一般都會對結果是否收斂進行初步判定，而分析數(shù)據(jù)時則需要找出最接近于收斂值的數(shù)據(jù)作為對設計進行判定和改進的依據(jù)，這就要求研究者多次建立不同網(wǎng)格大小的離散模型進行分析，然而服務器的配置是有限的，研究人員不可能對模型進行無限的離散，因此找出模型或者模型的局部（關鍵部位）離散到什么程度能大致接近收斂值就是得出準確分析結果的關鍵（誤差應在工程誤差允許范圍內），如所示為4 000動模板的應力分析結果圖，如所示為4000動模板的位移分析結果圖（即變形分析結果圖）?！　幽０宓膽D入?！　?結語用好有限元分析這個工具關鍵還是要多參加生產實踐，分析并不是在任何情況下都百分之百可靠的，分析不能代替實踐，分析的目的是為了讓實踐少走彎路，確保設計的可靠性。