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(shí)虹1時(shí)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(hào)：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(kāi)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(gè)重要的受力零件，名稱(chēng)分別為定模板、動(dòng)模板、后模板、拉桿和螺母，它們?cè)谧⑸浜烷_(kāi)模的過(guò)程中分別承受鎖模力和開(kāi)模力，對(duì)于大型機(jī)來(lái)說(shuō)，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(chǎng)問(wèn)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(dòng)和傳熱等問(wèn)題上，用來(lái)解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種問(wèn)題，它是在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)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(guò)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(guò)程中，模板和拉桿的有限元分析過(guò)程一般由以下四個(gè)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。　　2建立有限元模型建立有限元模型就是對(duì)模型進(jìn)行離散化處理，也稱(chēng)為網(wǎng)格劃分，即將幾何實(shí)體剖分成相對(duì)小且形狀簡(jiǎn)單的實(shí)體（稱(chēng)為有限單元），實(shí)體（單元）的形狀原則上是任意的。二維問(wèn)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?！　?dòng)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(gè)單元將連續(xù)體離散化，通過(guò)對(duì)有限個(gè)單元作分片插值求解各種力學(xué)、物理問(wèn)題的一種數(shù)值方法。有限元法把連續(xù)體離散成有限個(gè)單元：桿系結(jié)構(gòu)的單元是每一個(gè)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(gè)單元的場(chǎng)函數(shù)是只包含有限個(gè)待定節(jié)點(diǎn)參量的簡(jiǎn)單場(chǎng)函數(shù)，這些單元場(chǎng)函數(shù)的集合就能近似代表整個(gè)連續(xù)體的場(chǎng)函數(shù)。根據(jù)能量方程或加權(quán)殘量方程可建立有限個(gè)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(duì)整個(gè)模型的解，這一步軟件會(huì)自動(dòng)完成。　　4分析結(jié)果有限元分析會(huì)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(duì)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(huì)對(duì)結(jié)果是否收斂進(jìn)行初步判定，而分析數(shù)據(jù)時(shí)則需要找出最接近于收斂值的數(shù)據(jù)作為對(duì)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(duì)模型進(jìn)行無(wú)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(dòng)模板的應(yīng)力分析結(jié)果圖，如所示為4000動(dòng)模板的位移分析結(jié)果圖（即變形分析結(jié)果圖）?！　?dòng)模板的應(yīng)力圖入。　　5結(jié)語(yǔ)用好有限元分析這個(gè)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。