有限元分析在注塑機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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有限元分析在注塑機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用時虹1時松青2陳緒明3（1九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院江西九江332007；2廣東省技師學(xué)院廣州校區(qū)廣東廣州510800；3東華機(jī)械有限公司廣東東莞523070）320.52：A文章編號：1674注塑機(jī)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(shè)備，日常生產(chǎn)和生活離不開塑料制品，因此，注塑機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)量和應(yīng)用也將更加廣泛。在注塑機(jī)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(jī)來說，鎖模力可以高達(dá)4000噸，模板和拉桿要承受這么大的力，它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤為重要，而用常規(guī)的力學(xué)計(jì)算方法計(jì)算量大且計(jì)算結(jié)果不可靠，通常在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中三大模板和拉桿都要用有限元軟件進(jìn)行輔助分析計(jì)算?！　∮邢拊治鍪且环N解算關(guān)于場問題的一系列偏微分方程的數(shù)值方法，在機(jī)械工程中有限元分析被廣泛的應(yīng)用到結(jié)構(gòu)、振動和傳熱等問題上，用來解決從簡單到復(fù)雜的各種問題，它是在產(chǎn)品研發(fā)過程中分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)的一種強(qiáng)有力的工程分析工具?！　≡谧⑺軝C(jī)的研發(fā)和改進(jìn)過程中，有限元分析極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)周期，特別是在模板和拉桿的受力結(jié)構(gòu)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(jī)械有限公司的二板機(jī)4 000機(jī)型（鎖模力為4000噸）為例，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(xué)模型建立的數(shù)學(xué)模型包括受力模型和三維實(shí)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(jìn)行準(zhǔn)確的判定，而三維實(shí)體模型則要在不破壞受力模型的基礎(chǔ)上盡量的簡化，以劃分出優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格，如所示為4000的拉桿和螺母的簡化數(shù)學(xué)模型?！　?建立有限元模型建立有限元模型就是對模型進(jìn)行離散化處理，也稱為網(wǎng)格劃分，即將幾何實(shí)體剖分成相對小且形狀簡單的實(shí)體（稱為有限單元），實(shí)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(jī)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。　　動模板的位移解算有限元模型解算有限元模型就是用有限個單元將連續(xù)體離散化，通過對有限個單元作分片插值求解各種力學(xué)、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(jié)構(gòu)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(diǎn)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(quán)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?！　?分析結(jié)果有限元分析會給研究者提供受力系統(tǒng)的應(yīng)力、變形等圖解，這些圖解將是修正和改進(jìn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。有限元分析當(dāng)中最關(guān)鍵的一步就是對結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，只有收斂的結(jié)果數(shù)據(jù)才是可供的結(jié)果數(shù)據(jù)，軟件中一般都會對結(jié)果是否收斂進(jìn)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(shè)計(jì)進(jìn)行判定和改進(jìn)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(jìn)行分析，然而服務(wù)器的配置是有限的，研究人員不可能對模型進(jìn)行無限的離散，因此找出模型或者模型的局部（關(guān)鍵部位）離散到什么程度能大致接近收斂值就是得出準(zhǔn)確分析結(jié)果的關(guān)鍵（誤差應(yīng)在工程誤差允許范圍內(nèi)），如所示為4 000動模板的應(yīng)力分析結(jié)果圖，如所示為4000動模板的位移分析結(jié)果圖（即變形分析結(jié)果圖）。　　動模板的應(yīng)力圖入?！　?結(jié)語用好有限元分析這個工具關(guān)鍵還是要多參加生產(chǎn)實(shí)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(shí)踐，分析的目的是為了讓實(shí)踐少走彎路，確保設(shè)計(jì)的可靠性。