有限元分析在注塑机设计中的应用

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有限元分析在注塑机设计中的应用时虹1时松青2陈绪明3（1九江职业技术学院江西九江332007；2广东省技师学院广州校区广东广州510800；3东华机械有限公司广东东莞523070）320.52：A文章编号：1674注塑机是将热塑性塑料或热固性塑料加工成各种塑料制品的主要成型设备，日常生产和生活离不开塑料制品，因此，注塑机的生产产量和应用也将更加广泛。在注塑机的锁模装置中有以下几个重要的受力零件，名称分别为定模板、动模板、后模板、拉杆和螺母，它们在注射和开模的过程中分别承受锁模力和开模力，对于大型机来说，锁模力可以高达4000吨，模板和拉杆要承受这么大的力，它们的结构设计显得尤为重要，而用常规的力学计算方法计算量大且计算结果不可靠，通常在实际的结构设计中三大模板和拉杆都要用有限元软件进行辅助分析计算。　　有限元分析是一种解算关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法，在机械工程中有限元分析被广泛的应用到结构、振动和传热等问题上，用来解决从简单到复杂的各种问题，它是在产品研发过程中分析和改进设计的一种强有力的工程分析工具。　　在注塑机的研发和改进过程中，有限元分析极大地提高了设计质量和设计周期，特别是在模板和拉杆的受力结构分析方面，有限元分析已经成为必不可少的工具。以东华机械有限公司的二板机4 000机型（锁模力为4000吨）为例，在进行结构设计的过程中，模板和拉杆的有限元分析过程一般由以下四个步骤组成：1建立数学模型建立的数学模型包括受力模型和三维实体模型，所谓受力模型就是对受力零部件的受力方式、大小和固定方式进行准确的判定，而三维实体模型则要在不破坏受力模型的基础上尽量的简化，以划分出优质的网格，如所示为4000的拉杆和螺母的简化数学模型。　　2建立有限元模型建立有限元模型就是对模型进行离散化处理，也称为网格划分，即将几何实体剖分成相对小且形状简单的实体（称为有限单元），实体（单元）的形状原则上是任意的。二维问题一般采用三角形单元或矩形单元，三维空间可采用四面体或多面体等，注塑机零件分析常用四面体网格，如所示为4 000的定模板有限元模型。　　动模板的位移解算有限元模型解算有限元模型就是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。有限元法把连续体离散成有限个单元：杆系结构的单元是每一个杆件；连续体的单元是各种形状（如三角形、四边形、六面体等）的单元体。每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解，然后利用直接法或者迭代法综合对整个模型的解，这一步软件会自动完成。　　4分析结果有限元分析会给研究者提供受力系统的应力、变形等图解，这些图解将是修正和改进设计的重要依据。有限元分析当中最关键的一步就是对结果数据的分析，只有收敛的结果数据才是可供的结果数据，软件中一般都会对结果是否收敛进行初步判定，而分析数据时则需要找出最接近于收敛值的数据作为对设计进行判定和改进的依据，这就要求研究者多次建立不同网格大小的离散模型进行分析，然而服务器的配置是有限的，研究人员不可能对模型进行无限的离散，因此找出模型或者模型的局部（关键部位）离散到什么程度能大致接近收敛值就是得出准确分析结果的关键（误差应在工程误差允许范围内），如所示为4 000动模板的应力分析结果图，如所示为4000动模板的位移分析结果图（即变形分析结果图）。　　动模板的应力图入。　　5结语用好有限元分析这个工具关键还是要多参加生产实践，分析并不是在任何情况下都百分之百可靠的，分析不能代替实践，分析的目的是为了让实践少走弯路，确保设计的可靠性。