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在我國(guó)，模具工業(yè)被稱為“工業(yè)之母”，隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速增長(zhǎng)，它已成為國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于國(guó)內(nèi)模具企業(yè)采用較為傳統(tǒng)的“設(shè)計(jì)一加工一裝配一試模一修模一再試模”的生產(chǎn)方式設(shè)計(jì)制造模具，與國(guó)外先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)模具表現(xiàn)出精度較低、壽命較短、設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng)、成本較高等劣勢(shì)，嚴(yán)重削弱了我國(guó)高端模具在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。
模具斜推桿機(jī)構(gòu)是注塑模中最為常見(jiàn)的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，它常用于制品內(nèi)側(cè)存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)并且強(qiáng)行推出型芯時(shí)會(huì)損壞制品的場(chǎng)合。在脫模過(guò)程中，前后模打開(kāi)，斜推桿在由液壓缸帶動(dòng)的推桿底板的推動(dòng)下開(kāi)始頂出制品。由于斜推桿與開(kāi)模方向有一定的傾斜夾角，所以在頂出的過(guò)程中，斜推桿做斜向運(yùn)動(dòng)，斜向運(yùn)動(dòng)分解成一個(gè)沿脫模方向的垂直運(yùn)動(dòng)和一個(gè)脫離制品內(nèi)側(cè)面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。達(dá)到一定的行程后，斜推桿中的膠位就會(huì)完全脫離斜推桿，實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯。
由于工作條件極為復(fù)雜，合模狀態(tài)下整個(gè)模具承受鎖模力作用，強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力將使模架、行位等其他結(jié)構(gòu)鑲件產(chǎn)生預(yù)變形，這些變形會(huì)將斜推桿包裹在對(duì)斜推桿起導(dǎo)向作用的模板滑槽內(nèi)，工作過(guò)程中模具溫度較高且變化幅度較大，也會(huì)使斜推桿產(chǎn)生內(nèi)部熱應(yīng)力，潤(rùn)滑不良會(huì)增大斜推桿與導(dǎo)滑槽的摩擦力，不利于斜推桿被順利推出完成抽芯運(yùn)動(dòng)，由于制造加工、裝配等方面的因素也會(huì)造成斜推桿在導(dǎo)滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)受阻。一旦斜推桿運(yùn)動(dòng)受阻，輕則加速斜推桿的磨損燒蝕，重則出現(xiàn)壓彎甚至折斷現(xiàn)象，嚴(yán)重影響整套模具的使用壽命，增加模具的使用維修成本，大大降低制品生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)效率，因此研究如何提高斜推桿機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度具有重要意義。
采用通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)模具中常見(jiàn)的兩種截面斜推桿一圓形截面斜推桿和方形截面斜推桿進(jìn)行危險(xiǎn)工況下的靜強(qiáng)度分析，分析出各個(gè)幾何參數(shù)與斜推桿強(qiáng)度的關(guān)系，為模具設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇斜推桿類型和幾何參數(shù)提供了可靠的理論依據(jù)，具有相當(dāng)程度的現(xiàn)實(shí)意義。
1、ANSYS有限元分析建模計(jì)算
ANSYS中有限元模型的建立包括幾何模型的建立和單元網(wǎng)格的劃分兩個(gè)過(guò)程。模具斜推桿結(jié)構(gòu)一般具有對(duì)稱性，為了節(jié)省計(jì)算機(jī)資源提高分析速度，采用軸對(duì)稱模型來(lái)進(jìn)行分析建模。
2、結(jié)構(gòu)尺寸與斜推桿強(qiáng)度的分析
利用ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言APDL編寫了分別以L1，L2，H，a等幾何參數(shù)為單個(gè)變量，而其他幾何參數(shù)為常量的方形截面斜推桿強(qiáng)度專用計(jì)算程序，經(jīng)循環(huán)計(jì)算得出在單位推力下斜推桿的最大等效應(yīng)力數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)入Matlab擬合繪制出在單位推力作用下斜推桿最大應(yīng)力值與單個(gè)兒何參數(shù)的關(guān)系曲線。
3、分析結(jié)果及設(shè)計(jì)建議
根據(jù)分析結(jié)果，為了降低斜推桿在工作過(guò)程中受到的應(yīng)力，提高斜推桿的強(qiáng)度，在模具設(shè)計(jì)時(shí)可以從以下四個(gè)方面優(yōu)化模具脫模結(jié)構(gòu)：
1)、當(dāng)空間和成本等因素可以接受的情況下，應(yīng)優(yōu)先使用方形截面斜推桿機(jī)構(gòu)以提高強(qiáng)度，延長(zhǎng)模具使用壽命。
2)、在空間結(jié)構(gòu)允許的情況下，盡量加大斜推桿橫截面尺寸。斜推桿橫截面寬度L2在降低斜推桿應(yīng)力方面比橫截面長(zhǎng)度L1的作用要明顯，所以設(shè)計(jì)時(shí)可選擇L2>L1的長(zhǎng)方形截面斜推桿。
3)、在滿足側(cè)向抽芯的行程要求下，盡量減小斜推桿外伸長(zhǎng)度H。條件允許的話可以將斜推桿的側(cè)向受力點(diǎn)下移，如在靠近斜推桿末端處增加導(dǎo)向塊。在斜推桿較長(zhǎng)且單薄，或傾斜角較大的情況下，可以采用二段式斜推桿的方法以提高壽命。
4)、在滿足側(cè)向抽芯的情況下，斜推桿的傾斜角盡量選用較小角度，對(duì)斜推桿傾斜角的設(shè)計(jì)原則是能小不大。選用較小的傾斜角也能降低斜推桿在導(dǎo)滑槽中發(fā)生摩擦自鎖的可能性。
4、總結(jié)
本案例采用ANSYS有限元分析方法對(duì)模具中使用極為廣泛的斜推桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，分析結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中反饋的經(jīng)驗(yàn)情況一致。并且以各個(gè)幾何參數(shù)為單個(gè)變量建立了斜推桿機(jī)構(gòu)有限元分析的參數(shù)化模型，研究了各個(gè)幾何參數(shù)與斜推桿強(qiáng)度的關(guān)系，為模具中斜推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了可靠的理論支撐與指導(dǎo)，也為CAE仿真技術(shù)在模具結(jié)構(gòu)分析上的應(yīng)用提供了思路。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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