基于SolidWorks和Cosmos的模具結構三維設計及有限元分析

2013-06-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

關鍵字: 三維設計有限元分析注塑模具建模

復雜結構討塑模淤的設計和么度、剛度分折是注塑行業(yè)的重要難題、利用SolidWorks三維設計軟件實現(xiàn)了注塑模具的三維實體建模,并運用COSMOS Works軟件對注塑模具的典型部件進行了有限兀分析,驗證設計的零件是否符合實際工作情況是實現(xiàn)注塑模具現(xiàn)代化設計的重要途徑。通過GeaiTrax200lPlus,Toolbox等外掛、內(nèi)掛插件的使用,大大地簡化了建模過程,克服了原有設計方法的不足,為解決較復雜的結構設計和理淪分析問題提供了一種新的途徑。

注射模具的結構是由注射機的形式和制件的復雜程度等因素決定的。凡是注射模具,均可分為動模和定模兩大部分。注射時動模與定模閉合構成型腔和澆注系統(tǒng),開模時動模與定模分離,取出制件。定模安裝在注射機的固定板上,而動模則安裝在注射機的移動模板。根據(jù)模具上各個部件所起的作用,可細分為成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、分型抽芯機構、分型抽芯機構、螺紋型芯和芯圈的退芯機構、冷卻和加熱機構等部分(如圖1所示)。

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    (1)凹模的設計

成型塑件外表面的零件稱為凹模或型腔。凹模的結構形式可分為整體式,整體嵌人式,局部鑲嵌式,組合式等。

本文采用組合式凹模設計方法。設計時應盡量應下列要求:

    ①將型腔的內(nèi)形加工變?yōu)殍偧蚪M合件的外形加工。
    ②拼縫應避開型腔的轉(zhuǎn)角或圓弧部分,并與脫模方向一致。
    ③組合件數(shù)量力求減少,以減小對塑件外觀和尺寸精度的影響
    ④⑤易損部分應設計為獨立的鑲拼件,易于更換
    ⑤組合件的結合面應采用凸槽互相扣鎖,防止在塑料壓力下位移。

    (2)型芯的設計

型芯的結構形式大致有:整體式型芯、嵌入式型芯、異形型芯等結構形式。
    對于形狀特殊或結構復雜的型芯,需要采用組合式結構或特殊固定形式。

    (3)導向機構設計

導向機構是保證塑料注射模具的動模與定模的正確定位和導向的重要零件。通常采用導柱導回,其主要零件有導柱和導套。由于該模具采用一次分型,故導柱分別安裝在定模型板和定模板上。采用二導柱在模板上的布置(兩個不同直徑的導柱),導柱采用帶頭導柱。

    (4)冷卻系統(tǒng)設計

模具是用水冷卻最為普遍,水冷,既在模具型腔周圍和型芯內(nèi)開設冷卻水道,使水和冷凍水在其中循環(huán),帶走熱量維持所需的溫度。綜合上述原因,又因動模、定模均要成型,因此,在動模、定模上均開設水道。為避免于涉問題,動模、定模上開設的水道并不對稱。另外,為給澆駐系統(tǒng)冷卻,水道關于型腔采用左右不對稱結構。

    1模具的三維設計

功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks2003的三大特點,使得SolidWorks2003成為領先的、一流的三維CAD解決方案。SolidWorks2003能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量SolidWorks2003不僅能提供強大的沒計功能,同時對每個工程師和設計者來說,操作簡單方便、易學易用。本文采用自下而上的設計方法對注塑模具的三維裝配結構進行整體設計。自上而下設計方法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而下設計中,先生成零件并將其插人裝配體,然后根據(jù)設計要求配合零件。自下而上設計法的另一個優(yōu)點是因為零部件是獨立設計的,與自上而下設計法相比,它們的相互關系及重建行為更為簡單。使用自下而上設計法可以專注于單個零件的設計工作。當不需要建立控制零件大小和尺寸的參考關系時(相對于其它零件),則此方法較為適用。注塑模具的三維裝配結構圖如圖2所示。

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2典型零件的有限元分析

對于模具零部件而言,基本上不受較大的沖擊力,只有注射時有較高的注射壓力,但在模具設計時已經(jīng)考慮。模具的傳動系統(tǒng)系統(tǒng)基本上是工作時問少于停止時間,且無突然的沖擊.而模具生產(chǎn)出來的塑件透氣帕在側項抽芯時受到脫模力,對塑件的質(zhì)量影響較大,故進行分析脫模力屬于摩擦力,但脫模瞬時透氣帽所受力址大。由于為瞬時力,加之大學期間所學力學知識有限,故采用靜力分析。

透氣帽的材料為尼龍6.是典型的塑性材料,因此采用第三強度理論進行分析。共主要物理性能參數(shù)如表1所示。

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材料設置完成后,單擊約束和力進行設置。接著進行網(wǎng)格劃分和運算。在網(wǎng)格劃分完成運算之前可以查看劃分的網(wǎng)格(圖3),透氣帽共劃分了69478個單元: ,有107757個節(jié)點,屬于精細劃分。

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COSMOS/Works運算完成后可以輸出應力、位移、應變、形變、設計檢查五種繪圖及相應的模擬動畫。應力繪圖還可以按照不同的強度理論輸出各不相同的全圖、向量、剖面、等值繪圖(圖4,圖5)。由以上各圖可以看出應力集中在透氣帽們向通孔的內(nèi)端,位移變化也集中在側向通孔的,完全不影響透氣帽的產(chǎn)品性能

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    3結論
根據(jù)按第三強度理淪分析透氣帽應力等值線分布石圖七的分析結果,可以得出以下結論:

(1)透氣帽在此工況情況下,最大等值應力為13.4 MPa小干材料的高溫應力142.6MPa ,這說明如果材料為尼龍6,其強度余量能夠充分滿足使用要求。同時,透氣帽內(nèi)部局部應力分布不夠均勻,有些部位(圓周等)應力幅度變化過大,只有通過冉次對結構進行優(yōu)化以及改善加工工藝性來進一步解決。

(2)通過綜合運用SolidForks和Cosmos對注塑模具進行整體三維設計和有限元分析可以看出:運用現(xiàn)代設計方法,并根據(jù)計算分析結果對產(chǎn)品的結構參數(shù)進行優(yōu)化是CAD/CAM中一個強有利的手段。將設計和分析進行有機結合,對后續(xù)的產(chǎn)品設計和制造工作有很大的利用價值。同時它也將更進一步的推進現(xiàn)代化設計方法和產(chǎn)品目標成本管理工程的深入實施,為企業(yè)取得更好的經(jīng)濟效益創(chuàng)造條件。

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