用ZRCAE软件对注塑机模板进行有限元分析
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发布时间：2006/6/15 1:28:51 点击数：2763
作者：郑州机械研究所
紫瑞CAE（ZRCAE）软件是国内唯一与上游CAD软件无缝集成的、具有自主版权的通用结构分析软件，本文根据注塑机特点建立了注塑机模板有限元静力计算模型，并用ZRCAE软件求出了注塑机模板在工作状态下的变形量，计算结果与试验结果相吻合。本文的计算模型可用于同类型的注塑机有限元模拟，该方法已经被厂家用于注塑机的设计中。
塑料制品广泛应用于工业和日常生活中，注塑机是加工塑料制品的一种常用机械。注塑机的特点是各部件粗壮厚实，在强度方面不存在问题，但是由于塑料制品精度要求高，对注塑机特别是注塑机模板的变形要求严格，所以，在设计制造过程中，需要控制注塑机模板的变形量。由于塑料制品种类繁多，所以也需要不同吨位的注塑机，目前我国的注塑机设计制造厂主要分布在广东和浙江沿海地带，并且多为合资和私营企业。对注塑机模板变形量的控制，厂家一般都是根据已经有的试验数据和经验，加大部件尺寸以保证注塑机模板的变形量满足设计要求。本文建立的注塑机有限元静力计算模型及紫瑞CAE[1]软件为设计者提供了注塑机模板变形的数字模拟方法和手段。
1、计算模型简化
图1 模板结构及载荷
在建模过程中做了以下四点简化处理：
A、在受载平面上作一Φ800的面分割线，以便在Φ800面上加载。
B、由于被分析对象基本上呈四分之一对称，且主要目的是计算最大变形量，故而在计算中仅取四分之一部分作为分析模型。令四分之一模型的切割面的法向位移为零。轴孔上受载处的法向位移为零。
C、忽略了对整体变形分析影响极小的在四个角处呈“┍”字形分布的9个小孔。
D、“T”型槽和该槽一端的工艺圆孔深度相差2mm，为便于计算且对计算结果影响可忽略，故将孔深改为与“T”型槽相同。
按上述简化后，注塑机模板的四分之一三维CAD模型如图2所示。
2、计算模型
约束条件按2- A施加。
紫瑞CAE程序具有网格自动动剖分和局部加密功能。在自动剖分之前还需要对小孔和凸台部位进行局部加密，加密部位共有三处：受载面上含有若干小孔的区域、与加载面相对的一个小孔和轴孔附近的凸台处。
局部加密后采用四面体单元对三维模型进行网格自动剖分，剖分后的有限元网格见图3，该计算模型共有45234个单元、9787个节点。
3、计算结果及分析
设计中关心的是模板的Z方向变形，有限元计算结果为0.43mm，试验结果为0.39mm。计算值小于试验值，原因之一是试验测试点与最大的计算值的点位置有区别，最大的计算值是压头上的Z方向的最大变形值，由于结构原因，试验测试点与最大计算值点位置略有不同。
本文的计算模型要用于实际设计当中，为了检验其有效性，同一个模型用ANSYS程序进行了计算，节点数为51166，单元数为此32377，最大Z方向变形为0.44mm。
4、结论
为设计者提供了注塑机模板变形的数字模拟方法和手段，使设计者在产品加工制造之前就能够模拟计算变形量，从而可以缩短设计制造周期，减少试验次数和产品成本。设计者已经对其多种型号的注塑机模板进行了模拟计算，这说明小企业在其产品设计制造过程中也可以采用数值模拟这一先进技术。
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