【文章內容簡介】 。后處理、檢查結果等這三個大步驟。 在建立模型之前 ,先要定義工作文件名 ,指定分 析標題 ,然后進入到“ PREP7”處理器 ,即進入到主菜單中的“ Preprocessor”菜單來建立有限元分析模型 ,其內容主要包括定義單元、單元實常數(shù)、材料屬性和幾何模型等。上述內容是能用性的 ,在進行其它類型的分析時也是要必須做的工作 ,完成上述內容的設置后 ,對幾何模型劃分網(wǎng)格 ,生成一個有限元模型。 在這一步 ,用戶能夠定義分析類型、分析選項設置、施加載荷、指定載荷步選項和開始有限元分析求解。 對于結構靜力分析 ,ANSYS 提供的分析類型和分析選項有很多種每一種都對應著各自的分析 類型。 對于載荷的施加 ,用戶能夠將載荷施加在幾何模型 (如關鍵點、線、面或體 )或有限元模型 (如節(jié)點、單元 )上 ,若施加到幾何模型上 ,由 ANSYS 在求解分析時 ,也會將載荷轉換到有限元模型上。所謂幾何模型就是沒有進行風格化分時的模型。用于結構靜力分析的載荷有說服力 :位移、力和力矩、面載荷如壓力、體載荷如溫度和流通量以及慣性載荷如重力、放置角速度等。在分析過程中 ,能夠施加載荷 ,也能夠對載荷進行刪除、運算和列表等操作。指定載荷步選項主要包括普通選項和非線性選項 ,具體情況視分析類型而論。 ,檢查 分析結果 靜力分析的結果將寫入結構分析結果文件” ”中 ,這些數(shù)據(jù)主要包括兩大部分 : a、基本數(shù)據(jù) :節(jié)點位移 UX、 UY、 UZ、 ROTX、 ROTY、 ROTZ。 b、導出數(shù)據(jù) :節(jié)點和單元應力、節(jié)點和單元應變、單元力、節(jié)點反作力等。 在結構分析完之后 ,用戶能夠進入通用后處理 (General Postprocessor ? POST1)和時間歷程后處理器 (timehistory ? POST26)中瀏覽分析結果。其中POST1 用于檢查整個模型的指定子步上的結果 ,POST26 則用于非線性靜力分析中跟蹤指定的結果與施加載荷歷程的關系。但要注意兩點 : a、在 POST1或 POST26中瀏覽結果時 ,數(shù)據(jù)庫必須包含求解前使用的模型。 、結果文件“ ”必須是可以利用的。 在后處理中 ,用戶能夠采用下列方式來瀏覽結果 :結構變形顯示、集中力的處理、用于梁和管線的單元結果處理、誤差估計、彩色云圖顯示、圖形顯示、等值線顯示、矢量圖顯示、列表顯示以及按路徑顯示結果等。本設計采用云圖顯示。 塑料板凳的 ANSYS 具體分析步驟 對于本例分析 ,模型 已經由 PROE 造型完 ,然后直接由 ansys 中的 import選項直接導入即可。當然這必須先在 PROE 中要用 IGES 的格式把三維零件進行保存副本。 進行網(wǎng)格化分 ,創(chuàng)建有限元模型。打開 meshtool 選擇 smart size ,精度選擇四級 ,如圖 示 : 網(wǎng)化精度 參數(shù)設置 單擊“ global”上的” set” ,出現(xiàn)一個如圖 所示 的對話框 ,在對話框上輸入 :“ size20” ,單擊” OK“ ,又單擊工具條上的”mesh” ,出現(xiàn)一個拾框 ,單“ pick all” ,采用自由網(wǎng)格劃分的結果如圖 示。 板凳造型的有限元模型 接下來輸入材料屬性。在 material models 命令中打開“ material model available”下面的對話框中 ,打開 strructurallinearelasticisotropic 命令出現(xiàn)圖 示 ,在方框中填入圖示中的數(shù)據(jù)。單擊 OK,完成材料屬性的設置。 施加約束。因為在板凳頂面上作用著垂直向下的力 ,因此在與地板接觸的表面上施加垂直方向的約束 ,即 UY 方向的約束 ,其余 的方位不需要施加約束。 施加載荷。在有限元模型上面施加面載荷 ,如圖 示。 有限元模型已經建立 ,約束、載荷已經設置完成。下面就是求解分析的過程。選擇 PCG 求解器 ,查看 Stress 分析結果 ,如圖 示。 材料特性設置 頂面加載 求解云圖結果 由圖示可心清楚地看到應力的分布情況 ,主要是在棱角和截面有突變的地方應力大 ,在過度比較平緩或表面比較光滑的地方應力較小。最大應力出現(xiàn)在上部的圓孔處 ,此地方開孔也是為了降低應力 。整個區(qū)域的應力分布由不同的顏色表示 ,紅色表面應力最大 ,深藍色表面應力最小。由圖可知整個區(qū)域的紅色區(qū)域很小 ,只有中間圓孔的上面棱邊處 ,此處應力最大為 。緊接著由圓孔向外擴展的一小部分區(qū)載 ,下圖 可示 : 圖 可示紅色區(qū)域向外一點的棕色區(qū)域為應力第二大區(qū)域 ,所占面積也比較小此處應力值為 。由棕色區(qū)域再向外擴展是深黃和淡黃區(qū)域 ,此處的應力值也比較高分別為 和 。還有四面處的棱邊處其應力色彩也有顯示黃色的 ,但區(qū)域很小。其它區(qū)域色彩顯示都沒有紅色和棕 色 ,應力值比較低。 圓孔應力分布圖 分析結論 整個材料的拉伸強度為 27mpa,但有的資料上顯示為30mpa,由于在整個簡易模型上進行的受力分析顯示 ,其上應力造過 30mpa 的區(qū)域很少 ,所以 HDPE 高密度聚乙烯基本滿足其強度條件 ,可以采用。 2 注塑模具成型零件設計 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型芯、型環(huán)和鑲件等。成型零部件直接與塑料接觸 ,成型塑件的某些部分 ,承受著塑料熔體 壓力 ,決定著塑件形狀與精度 ,因此成型零部件的設計是注射模具設計的重要部分。 成型零部件的設計內容和過程如下 : a、首先 ,確定型腔總體結構 ,根據(jù)塑件的結構形狀與性能要求 ,確定成型時塑件的位置 ,從何處分型 ,一次成型幾個塑件 ,進澆口和排氣位置、脫模方式等。 b、確定成型零部件的結構類型。從結構工藝性的角度確定型腔各零部件之間的組合方式和各組成零件的具體結構。 c、計算成型零件的工作尺寸。 d、進行關鍵成型零件強度與剛度校核 成型零件工作尺寸的設計計算 尺寸 的影響因素及平均收縮率 一般來說 ,在原材料、成型設備及成型工藝條件等其他因素一定的情況下 ,塑件的尺寸主要是由模具的型腔和型芯尺寸決定的。因此 ,成型零部件工作尺寸的計算直接關系到塑件的尺寸和精度是否符合圖紙要求。 塑件在成型過程中產生的最大尺寸誤差應等于下列各種誤差 : 模具成型零部件制造誤差 。 模具成型零部件在使用過程中的最大磨損量 。 塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差 。 模具成型零部件因配合間隙變化而引起塑件尺寸的誤差 。 成型零部件安裝誤差引起的塑件尺寸誤差。 即 : ++++ 21 式中 : () 22 式中 : ??塑件的最大收縮率 。 ??塑件的最小收縮率 。 ??塑件的基本尺寸。 式 21 中累計誤差應不超過塑件規(guī)定的公差值 ,即 (23) 將式 21 和 式 22 代入式 (23),則有 ()++++ 一般情況下用平均收縮率 S 來計算成型零部件尺寸的基本公式為 +S 或者 S / /1+S 式中 : ??模具成型零部件在常溫下的實際尺寸。 ??塑件在常溫下的實際尺寸。 S??塑料的平均收縮率。 平均收縮率 S 按下式計算 S()100? 一般情況下 ,可取模具制造誤差 (1/31/4) 型腔和型芯工作尺寸的計算 模具型腔和型芯工作尺寸的計算結果 ,主要是依據(jù)塑件的尺寸及其公差、塑料的平均收縮率和模具制造誤差等數(shù)據(jù)通過公式計算而得出。 塑件上的內孔 ,是由模具上的型芯所成型。塑件的外形 ,是由模具上的凹模所成型。塑件上內孔的深度 ,是由模具上型芯的高度所成型。塑件外形的高度 ,是由模具上凹模的 深度所成型。一般來說 ,當其他條件一定時 ,塑件內孔的內徑和深度 ,是由模具型芯的外徑和高度所決定 。塑件外形的外徑和高度 ,是由模具型腔的內徑和深度所決定。因此 ,要保證塑件的尺寸與精度 ,就必須正確計算或給出模具成型零部件的尺寸及精度。正確判斷塑件每一個類型及其相應成型零件尺寸的類型是關鍵。 為了方便理論計算和實際裝配 ,減少失誤 ,易于糾錯 ,對塑件和模具的尺寸標注形式做如下約定 (或稱為入體原則 ): (1)、塑件的內腔 (相當于孔類 )尺寸為 (可以記錄為 ),對應于模具上的成型零件凸模 (相當于軸類 )的尺寸為 (可以記 錄為 :)。 (2)、塑件的外形 (相當于軸類 )的尺寸為 (可以記錄為 :),對應于模具上的成型零件凹模 (相當于孔類 )的尺寸為 (可以記錄為 :)。 (3)、塑件的內腔深度 (相當于孔類 ) 的尺寸為 (可以記錄為 :),對應于模具上的成型零件凸模高度 (相當于軸類 )的尺寸為 (可以記錄為 :) 。 (4)、塑件的外形高度 (相當于軸類 )的尺寸為 (可以記錄為 :),對應于模具上的成型零件凹模深度 (相當于孔類 )的尺寸為 (可以記錄為 :)。 (5)、塑件 上中心距尺寸為 ,對應于模具上的成型零件中心距尺寸為。中心距尺寸屬于定位尺寸。 塑件的半剖圖 總之 ,無論是塑件還是模具 ,其尺寸及公差標注按照外形公差為負值、內形公差為正值、中心距為雙向公差的原則標注 ,模具尺寸標注見圖紙。 幾點說明 : 下標 s 代表塑件 ,下標 m 代表模具 ,以此來區(qū)別后面的尺寸是塑件的還是模具的尺寸。比如尺寸指的是塑件尺寸 ,而尺寸指的是模具尺寸。準確、快速、無誤地區(qū)分塑件尺寸和模具尺寸 ,是塑件模具設計的重要問題。 型腔的壁厚設計 壓縮盛成型模其又稱壓縮模 ,按模具與壓機的聯(lián)接方式分 :(a).移動式壓縮 模上下模均不與壓機固定聯(lián)接 。開模時將模具移出壓機工作空間 ,用卸模架進行開模和推出塑件 ,這種模具結構簡單 ,但勞動強度大 ,生產效率低 ,適用于塑件尺寸不大批量不大的場合。 (b).固定式壓縮模 上、下模分別與壓機的滑塊和工作臺固定聯(lián)接 ,上下模分別與壓機的滑塊和工作臺固定聯(lián)接 ,開模及推出塑件均由壓機完成 ,勞動強度低 ,生產效率高 ,但模具結構較移動式壓縮模復雜 ,適用于批量生產 ,塑件尺寸較大場合。 模具型腔側壁和底板厚度的計算 型腔壁厚的強度計算的目的是保證型腔在各種受力條件下的應力值不得超過模具 材料的許用應力。 型腔圖 上圖 為模具型腔的尺寸圖 型腔壁厚的鋼度計算是要滿足三個要求 :注射成型過程中不發(fā)生溢料 。保證塑件尺寸精度要求 。保證塑件順利脫模。 當高壓熔體注入型腔時 ,型腔的某些配合面產生間隙 ,間隙過大則出現(xiàn)溢料。因此 ,根據(jù)塑料的粘度特性 ,在不產生溢料的前提下 ,將允許的最大間隙值作為型腔壁厚剛度計算條件。比如 ,對于低粘度的塑料 (PE)等 。某些塑件尺寸要求較高的精度 ,這就是說 ,要達此目的 ,模具型腔的剛度必須很好。此時型腔的允許變形量由塑 件尺寸 L 和公差值來確定 / 式中 : ??與塑件精度等級相對來說應的塑件尺寸公差值有關 , 。 ??塑件尺寸系數(shù) ,當 L200500 時 ,K10 。 在本設計中從整體看來模具型腔口的長度是等長的 ,因為 PE 材料尺寸變形度大 ,精度不容易控制 ,所以選擇一般精度 6 級精度。其尺寸公差為,把數(shù)據(jù)代入上式得 : 許用剛度值 ,即型腔的最大允許變形但不能超過此值。為保證塑件順利脫模的條件是型腔允許的彈性變形量小于塑件壁厚的收縮值 ,即 : 式中 : ??保證塑件順利脫模的型腔允許彈性變形量 , 。 ?? 塑件厚度 ,3mm 。 S ?? 塑料的收縮率。 把數(shù)據(jù)代入上式 ,上式不等式成立。 矩形型腔結構尺寸計算 矩形型腔是指截面呈矩形結構的成型型腔 ,可分為組合式和整體式兩類。整體式可以得到良好的表面外觀質量 ,不會產生飛邊流延等缺陷 ,所以本設計采用整體式型腔。 整體式矩形型腔底面由于不存在間隙 ,不會出現(xiàn)溢料 ,因此其壁厚計算主要是保證塑件精度和順利脫模。 整體型腔示意圖 a、 整體式矩形型腔側壁厚的計算 整體式矩形型腔任一側壁均可看做是三邊固定、一邊自由的矩形板 ,因此最大變形發(fā)生在該自由邊的中心 ,則有 式中 :c ?? 由 / 決定的系數(shù) , 取 。 ??側壁的彈性變形量 。 P ?? 型腔內熔體的壓力 ,15 mpa 。 ?? 承受熔體壓力的側壁度度 ,150 mm。 ?? 型腔側壁長邊長 , mm。