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塑料模具型腔壁厚的强度与刚度分析.pdf

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塑料模具型腔壁厚的强度与刚度分析.pdf

78www.cnplastics.net模具设计MouldDesign塑料制造PLASTICSMANUFACTURE2008年12月刊塑料模具型腔壁厚的强度与刚度分析文/李云摘要分析了塑料模具型腔侧壁的强度与刚度计算公式利用有限元分析软件ANSYS验证了型腔侧壁在注射压力作用下发生的变形得出塑料模具型腔侧壁厚度的力学设计计算公式为合理确定型腔尺寸提供了理论依据。关键词强度刚度塑料模具有限元AnalyseofStrengthandToughnesstoPlasticMouldThicknessAbstractFormulasofstrengthandtoughnesstoplasticmouldsidewallwasanalyzed,usingfiniteelementsoftwareANSYStoverifythedeformationofthesidewallcavityintheinjectionpressureenduingmechanicaldesignformulastothethicknessofplasticmouldsidewallprovidingtheorybasisfordecidingthemoulddimensionrightly.KeywordsStrengthToughnessPlasticmouldFiniteelement塑料模具型腔侧壁厚度计算是模具设计中经常遇到的重要问题,尤其对大型模具更为突出。目前模具设计多凭经验公式决定,但常因估计计算不准造成模具报废或浪费材料,为此建立科学的确定方法实为必要。目前,许多资料按不同的观点提出了许多公式及图表,归纳起来主要可分为两类一是以刚度观点作计算的一是以强度观点作计算的。但实际中塑料模却要求既不允许因强度不足而破坏,也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此,必须科学准确地建立塑料模型腔侧壁强度与刚度的计算方法,才能满足实际需要,生产出合理塑件。现以材料力学、弹性力学为理论基础,采用有限元软件ANSYS来进行模拟分析验证,得出合理的塑料模具型腔侧壁厚度计算公式。型腔侧壁力学分析塑料模型腔在注射成型过程中,在型腔全部充满的瞬间,熔体压力可达到一较高值。型腔侧壁必须具有足够的厚度以承受熔体充模时产生的高压,否则可能因强度不足,产生塑性变形甚至破裂或因刚度不足,产生大的弹性变形,引起成型零部件在其接触或配合表面出现较大的间隙,形成溢料或飞边,降低塑料制品的精度和影响塑料制品脱模。型腔侧壁的强度与刚度是型腔应具备的力学性能的两个方面,塑料模具型腔对强度与刚度并非在各种情况下都提出较高要求,而是有侧重的,下面分别对矩形和圆形型腔侧壁进行力学分析。型腔结构可分为整体式和组合式两种类型,由于整体式型腔的强度和刚度都相对于组合式较高,且只适用于形状较为简单的中、小型模具,因此,本文主要讨论组合式型腔侧壁的力学计算。矩形型腔侧壁厚度的分析计算强度计算力学模型承受均布载荷两端固定梁,如图1所示。根据材料力学有关理论,侧壁受到弯曲应力,最大应力发生在侧壁长边中编者按作者以材料力学、弹性力学为理论基础,采用有限元软件ANSYS进行模拟分析验证,得出合理的塑料模具型腔侧壁厚度计算公式,为合理确定型腔尺寸提供了理论依据。www.cnplastics.net79模具设计MouldDesign2008年12月刊PLASTICSMANUFACTURE塑料制造点处。P注射压力(MPa)L矩形型腔侧壁长边长度mmt侧壁厚度mm最大应力(MPa)刚度计算矩形型腔受熔体压力而胀大,如果长短边的壁厚相等,则长边刚度较差,所以只要计算长边的壁厚,其短边的壁厚就能满足。根据力学模型及材料力学有关理论,长边的弯曲变形量为E弹性模量(MPa)最大挠度(mm)组合式圆形型腔侧壁力学模型承受均匀内压的厚壁圆筒,如图2所示。强度计算厚壁圆筒受内压,产生径向正应力与切向正应力。a圆筒内径mmb圆筒外径mmr圆筒内径与外径间任意位置mm最大正应力与最大切应力均产生在圆筒内壁,即图1矩形型腔侧壁图2圆形型腔侧壁根据第三强度理论得许用应力(pa)最大拉应力(pa)最小拉应力(pa)把分别代入,最大应力为刚度计算根据广义胡克定律实例分析计算、ANSYS验证例1矩形型腔侧壁,宽度80mm,长度L100mm,厚度t50mm,注射压力P50MPa,弹性模量E2X1011Pa,泊松比μ0.3,侧壁高度H80mm,分析计算矩形侧壁变形。a理论计算根据本文推导理论公式,得强度计算刚度计算≤MPa80www.cnplastics.net模具设计MouldDesign塑料制造PLASTICSMANUFACTURE2008年12月刊bANSYS分析如图3所示。从图3中可以看出,在矩形型腔侧壁长边中点处,应力值最大,101.613MPa侧壁的最大变形0.005962mm。c理论计算与ANSYS分析比较通过表1,可以看出,本文推导矩形型腔侧壁的计算公式与ANSYS有限元分析结果相符。例2圆形型腔侧壁,内径a100mm,外径b200mm,注射压力P50MPa,弹性模量E2X1011Pa,泊松比μ0.3,分析计算侧壁变形。a理论计算强度计算刚度计算bANSYS分析如图4所示。从图4中可以看出,在圆形型腔内壁,应力值最大,131.434MPa侧壁的最大变形0.045398mm。c理论计算与ANSYS分析比较通过表2,可以看出,本文推导圆形型腔侧壁的计算公式与ANSYS有限元分析结果相符。结论本文以材料力学、弹性力学作为理论基础,对塑料模具在熔体压力作用下,型腔侧壁的强度与刚度进行理论分析研究,应用有限元分析软件ANSYS对表1矩形型腔侧壁理论分析与ANSYS分析结果比较表2圆形型腔侧壁理论分析与ANSYS分析比较理论值ANSYS分析值刚度计算mm0.0060.006强度计算MPa100101.6理论值ANSYS分析值刚度计算mm0.0470.045强度计算MPa133131.4图3矩形型腔侧壁的变形图4组合式圆形型腔侧壁的变形型腔侧壁的受力进行校核,得出符合实际应用的力学设计计算公式。通过本文推导验证的型腔侧壁的力学设计计算公式,可以选择合适的型腔侧壁厚度,不仅可以满足实际生产需求,而且也可防止厚度选择过大导致浪费材料或厚度选择过小使模具报废的现象,降低了模具设计制造成本,为合理确定型腔尺寸提供了理论依据。参考文献1徐芝纶.弹性力学[M],北京高等教育出版社,1996151.2张国瑞.有限元法[M],北京机械工业出版社,1991,2035.3嘉木工作室.ANSYS有限元实例分析教程[M],北京机械工业出版社,20023585.4陆瑛,刘楠藩,朱红瑜.框式塑料注射模具设计中的刚度问题[J],郑州纺织工学院学报,1998(9)7679.5林裕华,塑料模具的刚度问题[J].现代机械,1998(1)4244.李云出生于1976年,女,陕西富平人,讲师,硕士,主要从事模具的教学、科研和设计工作。陕西工业职业技术学院材料系邮编712000MPa

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