基于SolidWorks和Cosmos的模具結(jié)構(gòu)三維設(shè)計及有限元分析

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

關(guān)鍵字: 三維設(shè)計有限元分析注塑模具建模

復(fù)雜結(jié)構(gòu)討塑模淤的設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計方法的不足,為解決較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計和理淪分析問題提供了一種新的途徑。

注射模具的結(jié)構(gòu)是由注射機的形式和制件的復(fù)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(gòu)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(dǎo)向部分、分型抽芯機構(gòu)、分型抽芯機構(gòu)、螺紋型芯和芯圈的退芯機構(gòu)、冷卻和加熱機構(gòu)等部分(如圖1所示)。

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    (1)凹模的設(shè)計

成型塑件外表面的零件稱為凹?；蛐颓弧０寄５慕Y(jié)構(gòu)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(shè)計方法。設(shè)計時應(yīng)盡量應(yīng)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(yīng)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(yīng)設(shè)計為獨立的鑲拼件,易于更換
    ⑤組合件的結(jié)合面應(yīng)采用凸槽互相扣鎖,防止在塑料壓力下位移。

    (2)型芯的設(shè)計

型芯的結(jié)構(gòu)形式大致有:整體式型芯、嵌入式型芯、異形型芯等結(jié)構(gòu)形式。
    對于形狀特殊或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的型芯,需要采用組合式結(jié)構(gòu)或特殊固定形式。

    (3)導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計

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

    (4)冷卻系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)水道。為避免于涉問題,動模、定模上開設(shè)的水道并不對稱。另外,為給澆駐系統(tǒng)冷卻,水道關(guān)于型腔采用左右不對稱結(jié)構(gòu)。

    1模具的三維設(shè)計

功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks2003的三大特點,使得SolidWorks2003成為領(lǐng)先的、一流的三維CAD解決方案。SolidWorks2003能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)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(shè)計者來說,操作簡單方便、易學(xué)易用。本文采用自下而上的設(shè)計方法對注塑模具的三維裝配結(jié)構(gòu)進行整體設(shè)計。自上而下設(shè)計方法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而下設(shè)計中,先生成零件并將其插人裝配體,然后根據(jù)設(shè)計要求配合零件。自下而上設(shè)計法的另一個優(yōu)點是因為零部件是獨立設(shè)計的,與自上而下設(shè)計法相比,它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡單。使用自下而上設(shè)計法可以專注于單個零件的設(shè)計工作。當(dāng)不需要建立控制零件大小和尺寸的參考關(guān)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(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)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(xué)期間所學(xué)力學(xué)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(shè)置完成后,單擊約束和力進行設(shè)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(yīng)力、位移、應(yīng)變、形變、設(shè)計檢查五種繪圖及相應(yīng)的模擬動畫。應(yīng)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(yīng)力集中在透氣帽們向通孔的內(nèi)端,位移變化也集中在側(cè)向通孔的,完全不影響透氣帽的產(chǎn)品性能

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

(1)透氣帽在此工況情況下,最大等值應(yīng)力為13.4 MPa小干材料的高溫應(yīng)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(yīng)力分布不夠均勻,有些部位(圓周等)應(yīng)力幅度變化過大,只有通過冉次對結(jié)構(gòu)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(shè)計和有限元分析可以看出:運用現(xiàn)代設(shè)計方法,并根據(jù)計算分析結(jié)果對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化是CAD/CAM中一個強有利的手段。將設(shè)計和分析進行有機結(jié)合,對后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)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(shè)計方法和產(chǎn)品目標(biāo)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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