立式注塑机的应力分析（二）

发布日期：2014/7/7 10:21:02

3 拉杆与模板整体计算结果与分析
        采用增广lagrange非线性接触算法对合模力为200 t立式注塑机的拉杆与模板整体计算的等效应力云图。有限元分析模型按实际测试得到的235 t的合模力进行加载。其中, 最大等效应力为394MPa, 出现在动模板支撑台的内槽处; 整体Z 向的最大位移量,即拉杆长度方向的最大位移量为1. 966 mm。
        3. 1 立式注塑机拉杆的计算结果
        上拉杆左端(定模板端)呈现向下弯曲变形, 右端(调模板端)呈现向上弯曲变形。上拉杆Z 向最大位移量为1. 54 mm; 下拉杆的弯曲变形很小,呈直线状, 其Z 向最大位移量为1. 22mm。上下拉杆的最大应力均出现在卸载槽的圆角处, 其中: 上拉杆圆角部分的最大等效应力为210MPa, 下拉杆圆角部分的最大等效应力为191MPa。上拉杆近调模板卸载槽中部断面上的等效应力在内侧偏上有最大值178MPa, 最小值为88. 5MPa, 其最大与最小应力之比为2. 01。下拉杆近调模板卸载槽中部断面上的应力在内侧靠近中部偏上有最大值163 MPa, 最小值为108MPa, 其最大与最小应力之比为1. 51。由以上分析可知, 原设计拉杆的卸载槽不仅在其圆角处出现较大的应力值, 而且在其断面处应力分布极不均匀。这是由模板变形对拉杆产生的附加弯矩引起的, 而且将会导致拉杆螺纹在近卸载槽处出现疲劳断裂。
        3. 2 立式注塑机定模板的计算结果
        定模板的最大等效应力为280MPa, 出现在其喇叭口与加强筋的连接处。因模板材# 10# 轻工机械 L ight IndustryM achinery 2008年第4期料为球墨铸铁, 属脆性材料, 适宜用第一强度理论来校核强度。而定模板的最大第一主应力的位置与最大等效应力的位置相同, 其最大值为296 MPa。最大应力的位置与图8中定模板在使用过程中常出现裂纹的部位相符。
        3. 3 立式注塑机动模板的计算结果
        动模板的最大等效应力出现在其支撑台的内槽处, 为394MPa。因该部分的应力为压应力, 裂纹不易在此处形成与扩展。该动模板的第一主应力最大值为124MPa, 即在图9中K形加强板的中上部, 是可能出现裂纹的地方。该立式注塑机在实际使用过程中, 动模板很少出现开裂的现象, 可认为动模板符合疲劳强度要求。动模板中部的最小位移量为0. 271 mm, 其下部的最大位移量为0. 741 mm, 相对最大位移为0. 47 mm。动模板的变形量相对于定模板要小41% , 这说明动、定模板变形的协调问题有待改善。
        3. 4 调模板的计算结果
        调模板的最大等效应力出现在其支撑平台的侧面, 为260MPa, 且属压应力, 裂纹不易在此处形成与扩展。在图10中, 最大第一主应力出现在调模板的顶部圆角处, 为200MPa, 是较易形成裂纹的地方。调模板的最大与最小位移之差为0. 74 mm, 且上部向后倾斜, 这与定模板的变形较大有关。
        3. 5 立式注塑机工字车臂的计算结果
        工字车臂是为固定合模油缸导杆而设的, 其本身并不是承载零件。在立式注塑机锁模时, 因模板和拉杆的变形, 该零件在其上部的拉杆孔边存在205MPa的最大等效应力, 故该零件在设计时应考虑其承受一定的力。工字车臂的存在, 对拉杆卸载槽过渡处的最大应力影响不大。拉杆与工字车臂接触的局部最大等效应力为168MPa, 因此需保证工字车臂有良好的润滑条件以及较好的变形能力, 以免造成对拉杆受力的不良影响。这给工字车臂的设计带来一定的难度。鉴于工字车臂对拉杆局部受力的影响, 建议在立式注塑机合模机构中不设工字车臂, 可考虑在调模板上设计固定块以解决合模油缸导杆的固定问题。
        4 结束语
        本文用拉杆与模板整体有限元方法研究了拉杆、模板和工字车臂的应力状况, 得出以下基本结论: 立式注塑机拉杆在卸载槽的圆角过渡处应力偏大, 该处设计不尽合理;定模板在其喇叭口与加强筋的连接处应力最大, 是造成该零件早期开裂失效的主要原因; 定模板的刚性不足、变形量较大, 使拉杆局部应力较大, 拉杆有明显的偏载现象, 应考虑在保证定模板强度的同时增加其刚性;调模板在上下圆角过渡处局部应力偏大, 在使用过程中, 会提前出现因疲劳而开裂的问题;工字车臂的存在对拉杆局部有不良影响, 建议取消该零件而改用带油缸导杆固定块的调模板。

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