基于ANSYS的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真

鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 目目 錄錄 1 緒論 2 1 1 行業(yè)模具 2 1 2 國(guó)內(nèi)外模具發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì) 3 2 擠出工藝與模具設(shè)計(jì) 4 2 1 擠出模具設(shè)計(jì) 4 2 2 機(jī)頭設(shè)計(jì) 5 2 3 分流錐及其支架設(shè)計(jì) 5 2 4 冷卻定徑套設(shè)計(jì) 6 2 4 1 內(nèi)定徑芯模 6 2 4 2 壓縮空氣外定徑套 6 2 4 3 真空外定徑套 7 2 5 過(guò)濾部分 機(jī)頭過(guò)濾體 8 2 6 機(jī)頭和擠塑機(jī)聯(lián)接設(shè)計(jì) 10 2 7 機(jī)筒 11 2 8 模具內(nèi)熔料的流變特性 12 2 9 擠塑模設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 12 3 模具的裝配和校核 13 3 1 塑料熔體在圓管內(nèi)流動(dòng) 13 3 2 口模聯(lián)接螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 14 3 3 口模尺寸 15 3 3 1 成形端長(zhǎng)度 15 3 4 機(jī)筒材料 16 3 5 分流器支架的校核 16 3 6 PRO E 模具裝配 19 3 6 1 繪制三維圖 19 3 6 2 零件裝配 20 3 6 3 裝配爆炸圖 23 3 7 ANSYS 有限元靜力分析 26 3 7 1 分析問(wèn)題 26 3 7 2 建立模型 26 3 7 3 機(jī)頭的底部施加位移約束 27 4 仿真加工 35 4 1 Master CAM 仿真加工 35 4 1 1 工藝性審查 35 4 2 2 加工仿真 36 5 結(jié)論 44 參考文獻(xiàn) 45 致 謝 46 附 錄 47 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 1 1 緒論 當(dāng)今市場(chǎng)上出售的塑料制品中 擠出成形制品的種類日益增多 塑料管材 板 材 薄膜和異形材等已在應(yīng)用中占有非常重要的地位 其中異型材制品應(yīng)用的范圍 最為廣大 相應(yīng)的異型材擠出機(jī)頭的需求量也在增加 擠出機(jī)頭是擠出成型的關(guān)鍵 設(shè)備 其主要作用是將塑料熔體分布于流道中 以使物料以均勻的速度從機(jī)頭中擠 出 形成所需要的端面形狀和尺寸的制品 流道設(shè)計(jì)是擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 其結(jié) 構(gòu)的合理性直接影響到擠出制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率 1 1 行業(yè)模具 沒(méi)有高水平的模具就沒(méi)有高水平的產(chǎn)品 模具生產(chǎn)水平的高低 已成為衡量一 個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水品高低的重要標(biāo)志 因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力 在電子 汽車(chē) 電機(jī) 電器 儀器 儀表家電和通信等 產(chǎn)品中 大部分的零件都要依靠模具成型 1 2 國(guó)內(nèi)外模具發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì) 我國(guó)模具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展 歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì) 近幾年來(lái) 我國(guó)模具技 術(shù)有了很大發(fā)展 模具水平有了較大提高 大型 精密 復(fù)雜 高效和長(zhǎng)壽命模具 又上了新臺(tái)階 按照中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)的劃分 我國(guó)模具基本分為 10 大類 其中 沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分 目前 我國(guó)以汽車(chē)覆蓋件模具為代表的大 型擠壓模具的制造技術(shù)和軟件 實(shí)現(xiàn)了 CAD 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) CAE 計(jì)算機(jī)輔助 試驗(yàn) 一體化 提高了擠壓模具的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造能力 縮短了模具的生產(chǎn)周期 國(guó)內(nèi)的模具企業(yè)也在充分抓住現(xiàn)代工業(yè)所帶來(lái)的發(fā)展契機(jī) 加大設(shè)備 產(chǎn)品 生產(chǎn) 規(guī)模的升級(jí)步伐 積極開(kāi)拓國(guó)內(nèi)外市場(chǎng) 然而 我國(guó)模具制造技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大 擠出模具 CAD CAE CAM 技術(shù)的開(kāi)發(fā)手段比較落后 技術(shù)的普及率不高 應(yīng)用不夠廣泛 僅有 約 10 的模具在設(shè)計(jì)中采用了 CAD 技術(shù) 距拋開(kāi)繪圖板還有漫長(zhǎng)的一段路要走 在 應(yīng)用 CAE 進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面 也才剛剛起步 在應(yīng)用 CAE 技術(shù)制造 模具方面 由于缺乏先進(jìn)適用的制造裝備和工藝設(shè)備 只有 5 左右的模具制造設(shè)備 被應(yīng)用于這項(xiàng)工作 精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中所占比重較低 工藝設(shè)備落后 直接影響國(guó)產(chǎn)模具質(zhì)量的提高 我國(guó)模具工業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)能力只能滿足需求量的 60 左右 大部分模具廠的模具 加工設(shè)備陳舊 在役期長(zhǎng) 精度差 效率低 還不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 生 產(chǎn)擠出模具的專用技術(shù)尚未成熟 大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段 如模具的表面涂層 表面熱處理技術(shù) 導(dǎo)向副潤(rùn)滑技術(shù) 型腔傳感及潤(rùn)滑技術(shù) 去應(yīng)力技術(shù) 抗疲勞及 防腐技術(shù)等未完全形成生產(chǎn)能力 走向商品化 一些關(guān)鍵 重要的技術(shù)缺少知識(shí)產(chǎn) 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 2 權(quán)的保護(hù) 模具標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)化程度及使用覆蓋效率較低 在塑料制造業(yè)中被大量使用的模 具是擠壓模具 近幾年來(lái) 塑料模具標(biāo)準(zhǔn)的使用覆蓋率盡管有了較大 已從 20 世 紀(jì)末的 25 30 提高到目前的 45 但這種增長(zhǎng)距國(guó)際先進(jìn)水平 一般在 70 以上 中小模具在 80 以上 差距還很大 這是模具交貨期長(zhǎng) 也是我國(guó)成為模具進(jìn)口大 國(guó)的重要原因之一 目前模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng) 絡(luò)化方向發(fā)展 模具檢測(cè) 加工設(shè)備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 快速經(jīng)濟(jì)制 模技術(shù)的廣泛應(yīng)用 模具材料及表面處理技術(shù)的研究 模具研磨拋光將向自動(dòng)化 職能化方向發(fā)展 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛 壓鑄模 擠出模及粉末鍛模比例 增加 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 還有模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 在成型工藝方面 主要是擠出模具功能復(fù)合化 模具加工系統(tǒng)自動(dòng)化等 另一方面 隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和整體制造水平的提高 在模具行業(yè)提出新的設(shè)計(jì) 生產(chǎn) 管理理念與模式 主要有 適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù) 創(chuàng)造最 佳管理和效益的團(tuán)體精神 提高快速應(yīng)變能力的并行工程 虛擬制造及全球敏捷制 造 網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理 廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式 適應(yīng) 可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等 我所設(shè)計(jì)的制件是跑步機(jī)塑料邊條 如圖 1 1 圖 1 1 跑步機(jī)塑料邊條 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 3 2 2 擠出工藝與模具設(shè)計(jì)擠出工藝與模具設(shè)計(jì) 2 1 擠出模具設(shè)計(jì) 在擠出成形裝置中占有重要地位的模具 由螺桿以3MPa 30MPa 的壓力連續(xù)對(duì) 它供給熔料 并由模具使熔料形成所需斷面形狀的擠出物 此過(guò)程是從圓柱形料筒 中送出的圓形斷面熔料通過(guò)聯(lián)接器進(jìn)入具有圓形或矩形入口的模具中 在模具中改 變形狀以后即從模具終端的縫隙中擠出所需斷面形狀的擠出物 為此 從圓形或矩 形入口到變?yōu)榻咏诔尚挝飻嗝嫘螤畹某隹诓糠挚p隙之間的模具內(nèi)熔料流動(dòng)路徑 需進(jìn)行保證此變化過(guò)程順暢和無(wú)滯留部位的流線形設(shè)計(jì) 此外 由于所用塑料熔融 物為非牛頓流體 所以在具有粘性特性的同時(shí) 還有彈性特性 因此對(duì)熔料流動(dòng)的特 性必須充分考慮彈性所起的作用 因而在設(shè)計(jì)擠出模具時(shí)必須重點(diǎn)考慮下列方面 2 2 機(jī)頭設(shè)計(jì) 機(jī)頭材料一般分為兩部分 對(duì)于和塑料直接接觸的零件 多選用較好的鋼材制 作 通常使用鎳鉻鋼 不銹鋼 工具鋼等 并要進(jìn)行淬火處理 表面拋光 鍍鉻 硬度可達(dá) HRC60 62 表面鍍層厚度為 0 01 0 02 毫米左右 對(duì)于組成機(jī)頭的結(jié)構(gòu) 零件 通常選用一般鋼材既可 在一般情況下 對(duì)于聚氯乙烯等熔融黏度高的塑料 多使用硬度高的材料 在 擠出過(guò)程中成為高壓的彎管擠頭 或者偏心的 容易變形的機(jī)頭 必須注意材料的 使用 機(jī)頭都是以螺紋連接在機(jī)頭法蘭上 而機(jī)頭法蘭是螺栓與機(jī)筒法蘭連接固定的 一般的安裝次序是先松動(dòng)螺栓 打開(kāi)機(jī)頭法蘭 清理干凈后 將柵板裝入機(jī)筒部分 或裝在機(jī)頭上 再將機(jī)頭安裝在機(jī)頭法蘭上 最后閉合機(jī)頭法蘭 緊固螺栓即 可 機(jī)頭與擠出機(jī)的同心度是靠機(jī)頭的內(nèi)徑和柵板的外徑配合 因?yàn)闁虐宓耐鈴绞?與機(jī)筒有配合的 因此保證了機(jī)頭與機(jī)筒的同心度要求 安裝時(shí)柵板的端部必須壓 緊 否則會(huì)漏料 塑料熔體在機(jī)頭中的停留時(shí)間對(duì)制品質(zhì)量影響很大 在擠出過(guò)程中 熔體的停留時(shí) 間應(yīng)控制在松馳時(shí)間和熱穩(wěn)定時(shí)間之間 停留時(shí)間過(guò)短 則模頭膨脹比較大 擠出的 制品就會(huì)有較大的殘余應(yīng)力 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 則物料會(huì)因?yàn)槭軣岙a(chǎn)生熱降解而影響擠 出制品的質(zhì)量 2 3 分流錐及其支架設(shè)計(jì) 典型的分流錐 支架和芯棒的組合很普見(jiàn) 分流錐與多孔板之間的空腔起著匯 集和穩(wěn)定料流的作用 因此其頂尖與多孔板端面距離不宜過(guò)小 以免出料不均勻 但也不宜過(guò)大 否則物料停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易分解 一般取 10 20mm 或等于螺桿直徑 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 4 的 1 5 1 10 擴(kuò)張角 對(duì)于低黏度不易分解的物料取 45 80 為宜 對(duì)于高黏度易 分解物料取 30 60 為宜 分流錐支架也叫輻架 其主要作用是支承分流錐和芯棒 另一個(gè)作用是攪拌物 料的作用 在小機(jī)頭中 分流錐和分流錐支架可以做成一個(gè)整體 為了及時(shí)消除物料通過(guò)分流錐后形成的結(jié)合線 分流錐上的分流筋應(yīng)做成流線 型 在機(jī)械強(qiáng)度足夠的前提下 其厚度和長(zhǎng)度應(yīng)盡量小些 出料端的角度應(yīng)小于進(jìn) 料端的角度 為了增加塑料通過(guò)分流錐和支架后的熔接強(qiáng)度 支架上分流筋斷面做 成流線型 在滿足強(qiáng)度要求的情況下 其寬度和長(zhǎng)度應(yīng)盡可能小些 出口端的尖角 應(yīng)小于入口端的尖角 分流筋的數(shù)量以 3 8 根為宜 分流錐的筋數(shù)應(yīng)盡量減少 小型機(jī)頭應(yīng)采用 3 根筋 中型機(jī)頭原則上采用 4 根筋 大型機(jī)頭可采用 6 根筋或 8 根筋 筋數(shù)不宜選擇太多 太多造成物料不易匯合 影響管子的質(zhì)量 筋的數(shù)目與 斷面積大小 在必要時(shí)需根據(jù)芯棒承受軸向力的大小進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)確定 分流錐支架筋上設(shè)有進(jìn)氣孔和導(dǎo)線孔 用以通入壓縮空氣和穿入內(nèi)加熱裝置的 導(dǎo)線 分流錐體長(zhǎng) L 一般取 1 1 5D D 為螺桿直徑 分流錐頭部圓角取 R 0 5 2mm 圓角越大越容易停料 多數(shù)情況下將分流錐和 支架做成一體 再通過(guò)螺紋與芯棒組合在一起 在小型機(jī)頭中也有做成整體式的 見(jiàn)圖 2 1 圖 2 1 分流機(jī)頭 有時(shí)分流錐支架設(shè)有進(jìn)氣孔 在數(shù)根筋中任選一根鉆孔 和導(dǎo)線孔 進(jìn)氣孔通 入壓縮空氣使型材內(nèi)外壁溫度均勻一致 2 4 冷卻定徑套設(shè)計(jì) 2 4 1 內(nèi)定徑芯模 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 5 內(nèi)定徑是采用一段能進(jìn)行冷卻水循環(huán)的芯模來(lái)定徑 芯模安裝在機(jī)頭口模之外 直徑連接在芯模上 但應(yīng)與芯棒絕熱也要與芯棒絕熱 以免降低芯棒的溫度 這種 定徑法適用于直角機(jī)頭 斜角機(jī)頭或旁側(cè)機(jī)頭 因?yàn)檫@幾類機(jī)頭結(jié)構(gòu)方便冷卻水管 的進(jìn)出 塑料管在芯棒上冷卻時(shí)會(huì)因?yàn)槭湛s而產(chǎn)生較大的包緊力 這時(shí)應(yīng)配以強(qiáng)有 力的牽引機(jī) 產(chǎn)品經(jīng)芯模冷卻直至完成定型 再經(jīng)牽引機(jī)和鋸割裝置鋸成一定長(zhǎng)度 的成品 外定徑的方法是目前國(guó)內(nèi)最常采用的方法 它又因施壓方式不同而分為壓縮空 氣定徑 內(nèi)壓定徑 和真空定徑兩種形式 2 4 2 壓縮空氣外定徑套 如果是壓縮空氣定徑的定徑套 定型模 這時(shí)需通過(guò)分流錐支架的分流筋導(dǎo) 入一定壓力 0 03 0 25MPa 的壓縮空氣 為了保持管內(nèi)氣壓需用一個(gè)與內(nèi)壁滑 動(dòng)配合的橡皮塞堵在管內(nèi)防止漏氣 該塞子用鏈條拉在機(jī)頭芯棒上 如果機(jī)頭芯棒 因壓縮空氣的導(dǎo)入而降溫 致使管子內(nèi)壁不光滑 則應(yīng)采用經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣 定 徑套有冷卻水夾套 將與定徑套內(nèi)壁緊密接觸的塑料管冷卻 異芯材出定徑套后進(jìn) 入冷卻水槽繼續(xù)冷卻 低溫的定徑套和口模相連接 兩者之間采用空氣間隙或絕熱 材料絕熱 由于型材從口模擠出后有一定的出模膨脹 為了型材能順利進(jìn)入定徑套 避免 產(chǎn)生過(guò)大的阻力 直徑100mm以下的管子定徑套內(nèi)徑比口模內(nèi)徑大0 5 0 8mm 直徑 100 300mm的管子約長(zhǎng)1mm 型材在進(jìn)一步冷卻時(shí)直徑還會(huì)減小 對(duì)RPVC而言減小 約1 以此來(lái)設(shè)計(jì)定徑套的內(nèi)徑 2 4 3 真空外定徑套 真空定徑是在定徑套內(nèi)壁上開(kāi)有抽真空的小孔或窄縫 使管材通過(guò)定徑套緊貼 于定徑套內(nèi)壁 同時(shí)在定徑套上設(shè)冷卻水夾套或向外壁噴淋冷卻水的結(jié)構(gòu) 真空定 徑套又分為與真空冷卻水槽連成一體的真空定徑套和單獨(dú)的真空定徑套 后者只需 與普通的冷卻水槽配合使用 見(jiàn)圖2 2 若連接在真空冷卻水槽上的定徑套 在定徑套管壁上開(kāi)有許多小孔或窄縫 孔 徑或縫寬小于0 8mm 孔間距約10mm 的一段薄壁金屬管 冷卻水從四周?chē)娏茉诙?徑套管壁上 由于密閉的真空冷卻水槽內(nèi)保持有真空 而塑料管內(nèi)通大氣 因而使 高溫管緊貼在定徑套內(nèi)壁上被迅速冷卻 冷卻定徑套的結(jié)構(gòu)尺寸各工廠一般憑經(jīng)驗(yàn)確定 外徑定徑套的內(nèi)徑過(guò)大會(huì)降低 成品的光潔度 內(nèi)徑過(guò)小擠出阻力大 使其不易出來(lái)或引起制品變形 對(duì)于擠出較 小尺寸的制品 其定徑套的內(nèi)徑應(yīng)比口模內(nèi)徑大 0 5 1 毫米 對(duì)于擠出較大尺寸 的制品 其定徑套的內(nèi)徑應(yīng)經(jīng)口模內(nèi)徑應(yīng)比口模內(nèi)徑大 1 1 5 毫米左右 但準(zhǔn)確 的數(shù)值還要視工藝條件而定 此外 冷卻定徑套必須具備足夠的長(zhǎng)度 以保證制品 能夠冷卻定型 進(jìn)入水槽后就會(huì)變形 冷卻定徑套也不能選擇得太長(zhǎng) 太長(zhǎng)阻力增 大 牽引的功率也就增大 原則上 冷卻定徑套的長(zhǎng)度約為口模內(nèi)徑的 3 倍左右 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 6 也可按下式進(jìn)行估算 聚烯烴管 圖 2 2 冷卻定徑裝置 通常由冷卻水孔總長(zhǎng)度和定型模上的真空孔數(shù)及其布局來(lái)確定 但由于冷 W L 卻水量和真空度均可調(diào)節(jié) 故定型?？傞L(zhǎng)度的確定 并非十分嚴(yán)格 實(shí)踐表明 當(dāng) 異型材壁厚達(dá)2 5 3 5 左右 這將給加工帶來(lái)極大困難 為此 常將長(zhǎng)定型模分 成多段制造 然后組裝使用 其分段依據(jù)表2 1可供參考 表2 1 異型材定型模分段參考依據(jù) 異型材截面尺寸 壁厚高 寬 定型模總長(zhǎng)度 可分段數(shù) 1 50以上40 200以上500 13001 2 1 5 3 080 300以上1200 22002 3 3 00以上80 300以上2000以上3以上 2 5 過(guò)濾部分 機(jī)頭過(guò)濾體 多數(shù)情況下 機(jī)頭入口與口模出口斷面形狀差異很大 目前擠出機(jī)機(jī)筒都是圓 形的 那么必須有一個(gè)從圓形逐漸變?yōu)榭谀＝菩螤畹牟糠?包括入口部分 這是 異型材機(jī)頭很重要的一部分 設(shè)計(jì)該部分時(shí) 應(yīng)能使離開(kāi)濾板的熔融物料無(wú)滯留的 向口模輸送 為口模流道中物料均速流動(dòng)創(chuàng)造條件 對(duì)于制品高度小于機(jī)筒直徑 其寬度大于機(jī)筒直徑中的中空異型材機(jī)頭 過(guò)濾 部分的擴(kuò)展角盡量控制在70 以下 對(duì)于成型條件要求嚴(yán)格的物料如HPVC等應(yīng)盡量 控制在60 左右 當(dāng)然 對(duì)于蓮花瓣和歧管流道模塑的PE SPVC等物料機(jī)頭不在此 例 對(duì)于非中空異型材機(jī)頭擴(kuò)展角可放大 中空異型材物料進(jìn)入口模前必須要經(jīng)過(guò)分流部分 這部分對(duì)熔融物料成型坯帶 來(lái)很大不利條件 可是沒(méi)有這部分不行 對(duì)于中空異型材是不能跨越的 所以 在 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 7 滿足強(qiáng)度要求的前提下 這部分越短越好 而且分流的支承筋斷面越小越好 這是 考慮分散的物料再匯合容易 易于消除結(jié)合線 因此為了很好消除結(jié)合線 往往分 流部分有效流道斷面比口模流道斷面大 即形成了所謂的機(jī)頭壓縮比 分流板的結(jié)構(gòu)要求 1 分流板要與螺桿頭部形狀吻合好 不能產(chǎn)生積料 2 分流板與機(jī)筒的對(duì)中性要好 3 要使物料流經(jīng)分流板后 各點(diǎn)速度相同 且不能使物料流動(dòng)阻力過(guò)大 4 結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單 制造方便 裝拆更換容易 依據(jù)上述要求 分流板的設(shè)置不能距螺桿頭部太遠(yuǎn) 對(duì)熱敏性物料 如硬聚氯 乙烯 距離要小 以防止積料產(chǎn)生熱分解 但也不可因距離設(shè)置過(guò)小而使物料的 螺旋運(yùn)動(dòng)來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致縱向流動(dòng)不穩(wěn)定 一般應(yīng)使分流板至螺桿頭 部的容積為小于或等于均化段一個(gè)螺槽的容積 其距離為 0 1D 目前 國(guó)產(chǎn)擠出機(jī) 多用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便的平板形分流板 為保證物料流經(jīng)分流板后速度一致 分 流板的孔眼數(shù)目設(shè)計(jì)為中間疏 旁邊密 但孔眼的尺寸一般相等 對(duì)熱敏性物料 也可設(shè)計(jì)孔眼尺寸為中間孔眼直徑大而稀疏 以降低流動(dòng)阻力 避免熱分解 國(guó)產(chǎn) 擠出機(jī)分流板的設(shè)計(jì)尺寸及孔眼尺寸可參考表 2 2 表 2 2 國(guó)產(chǎn)擠出機(jī)分流板尺寸參數(shù) 螺桿直徑 mm 孔眼直徑 mm 開(kāi)孔率 分流板尺寸 mm 分流板至螺桿頭 距離 mm 302 53110 4523512 65445 815 90 4 5 39 442010 5 120 4 中間 4 8 38 5 中間 24 外緣 32 150 5 4 5 3930 12 8 200 5 4 5 393520 孔眼尺寸的大小及板的厚度取決于螺桿直徑 螺桿直徑大 孔眼尺寸相應(yīng)增加 孔眼的分布為同心圓或六角形 孔眼分布如圖 2 3 所示 分流板孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)光滑無(wú)死角 以便物料的流動(dòng)及清理 所以 孔道的進(jìn) 料端要倒斜角 或從進(jìn)料端到出料端加工成錐形 以便清理并增加物料壓力 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 8 圖 2 3 柵板 分流板的材料一般用不銹鋼 132 r C133 r C 異型材通過(guò)定型模的速度視定型模的長(zhǎng)度和異型材的壁厚而定 對(duì)于1mm壁厚 的異型材通過(guò)速度可達(dá)3 4 5m min 厚4m者通過(guò)速度為0 5 0 7m min 2 6 機(jī)頭和擠塑機(jī)聯(lián)接設(shè)計(jì) 機(jī)頭與擠塑機(jī)聯(lián)接裝置稱為聯(lián)接器 聯(lián)接器的結(jié)構(gòu)有好幾種類型 我采用的螺紋式聯(lián)接 機(jī)頭與擠塑機(jī)料筒之間一般均以法蘭盤(pán)對(duì)接 機(jī)頭法蘭 盤(pán)與機(jī)頭之間采用大直徑的螺紋聯(lián)接 機(jī)筒法蘭盤(pán)與機(jī)筒間也用螺紋聯(lián)接 兩法蘭 盤(pán)對(duì)接時(shí)采用4 6個(gè)或更多的螺釘緊固 但為了裝拆方便多采用螺栓聯(lián)接 將機(jī)頭 法蘭盤(pán)上的螺栓孔做成帶缺口的 裝拆時(shí)無(wú)需將螺母擰下 只需擰松到一定程度即 可翻轉(zhuǎn)該螺栓 中 小型機(jī)頭的法蘭盤(pán)上有兩個(gè)螺栓孔不開(kāi)穿 在開(kāi)啟機(jī)頭時(shí)用該 螺栓作為機(jī)頭支撐與螺紋相聯(lián)接見(jiàn)圖2 4 在機(jī)頭與料筒之間夾入柵板 多孔板 柵板的外徑分別與機(jī)頭的臺(tái)階孔內(nèi)徑 和料筒的臺(tái)階孔內(nèi)徑相配合 使達(dá)到同軸同心的要求 夾緊時(shí)柵板兩平行端面與臺(tái) 階孔的環(huán)形端面分別壓緊 保證不漏料 柵板的作用是支撐不銹鋼絲過(guò)濾網(wǎng) 調(diào)節(jié) 機(jī)頭阻力并使物料通過(guò)柵板后將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) 螺紋聯(lián)接器尺寸如表2 3所示 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 9 表2 3 擠塑機(jī)螺紋聯(lián)接器的尺寸 擠塑機(jī)型號(hào)符 號(hào) SJ 45SJ 65SJ 65SJ 90SJ 120SJ 150 符號(hào)意義 MM80 43M110 23M110 2M140 3M180 3M180 3 機(jī)頭與機(jī)頭法蘭聯(lián) 接尺寸 D 55 80 90 110 160 175 柵板外徑 d 70 70 90 120 150 柵板開(kāi)孔處直徑 mM18 T22T24 螺栓直徑 B303535456868 機(jī)頭法蘭厚度 H 1515203238 柵板厚度 h8578 14 柵板伸入機(jī)筒厚度 L1104170181 86210340348 螺栓聯(lián)接 L2104115105120205205 中心距 圖 2 4 螺紋聯(lián)接器 2 7 機(jī)筒 機(jī)筒是擠出機(jī)重要的部件之一 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理 影響到擠出機(jī)的熱 量傳遞的穩(wěn)定性及均勻性 機(jī)筒的加料段設(shè)計(jì)直接影響固體輸送效率 機(jī)筒的加工 與裝配影響到擠出機(jī)的工作性能及機(jī)器壽命 所以 對(duì)于擠出機(jī)機(jī)筒涉及到其結(jié)構(gòu) 形式的選擇 機(jī)筒加料口形式的確定 機(jī)筒各段及其與機(jī)頭的連接等問(wèn)題 機(jī)筒的結(jié)構(gòu)類型有多種 但主要有整體式 分段式 雙金屬和軸向開(kāi)槽結(jié)構(gòu)形 式 整體式機(jī)筒結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)是長(zhǎng)徑比大 零件數(shù)目少 加工精度容易滿足 裝配誤 差小 機(jī)筒受熱均勻 設(shè)置外加熱器不受限 整體式機(jī)筒對(duì)加工設(shè)備及技術(shù)要求較 高 而且磨損后修復(fù)困難 所以 一般對(duì)于長(zhǎng)徑比較小的螺桿 才配以整體結(jié)構(gòu)的 機(jī)筒 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 10 2 8 模具內(nèi)熔料的流變特性 對(duì)模具內(nèi)熔料流動(dòng)特性的考察是為了便于以所需擠出量獲得符合品質(zhì)要求的擠 出物 由此必須對(duì)模具內(nèi)的熔料流動(dòng)路徑進(jìn)行設(shè)計(jì) 特別是模具終端的縫隙 在合理 的壓力分布下 通過(guò)所需的擠出量 才能獲得形狀尺寸與模具縫隙形狀相同的高品質(zhì) 擠出物 各類熔料所顯示的非牛頓流體特性和所具有的粘性特性 彈性特性不同 異形機(jī)頭主要用于成型非圓形斷面的型材 異形機(jī)頭在擠出過(guò)程中 其工藝難 以控制 不但各點(diǎn)的流速難以控制 薄厚也不容易控制 如何使機(jī)頭出口斷面上各 點(diǎn)的料流速度一致 是設(shè)計(jì)異形機(jī)頭流道的主要問(wèn)題 不管擠出什么異形材料 一 般都由圓形流道逐漸過(guò)濾到所需要的截面形狀 在一過(guò)渡是十分重要的 絕對(duì)不允 許有明顯的死角和停滯區(qū) 由擠出機(jī)擠出的物料經(jīng)分流錐后 隨即匯合成管狀 再 由管狀形逐漸過(guò)渡到所需之形狀 這一過(guò)度 其流道的斷面積逐漸變小 當(dāng)然物料 也受到越來(lái)越大的壓縮和壓力 當(dāng)物料擠到定型區(qū)時(shí) 產(chǎn)品基本密實(shí) 在經(jīng)過(guò)水槽 也就基本定型 由圓形流道過(guò)渡到所需要的形狀 其過(guò)渡處必須圓滑 不得有死點(diǎn) 其表面粗 糙度參數(shù) Ra 值不得大于 0 63 m 同時(shí)芯棒必須具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐性 更 不能存在明顯的加工痕跡 一般塑料型材擠出成型模具應(yīng)包括兩部分 機(jī)頭 口模 和定型模 套 擠 出成型模具中機(jī)頭的作用是 當(dāng)粘流狀態(tài)的塑料在機(jī)出機(jī)的高壓作用下 通過(guò)機(jī)頭 流道時(shí)即形成與流道斷面大體相同的連續(xù)體 再通過(guò)定型模從而形成連續(xù)的塑料型 材 制品 中空異型材的定型模需要安裝在輔機(jī)的定型裝置上 機(jī)頭和定型模 套 的一 些技術(shù)數(shù)據(jù)的確定都要依據(jù)擠出機(jī)組的參數(shù) 因此擠出成型模具設(shè)計(jì)與所用的擠出 機(jī)機(jī)組關(guān)系十分密切 在設(shè)計(jì)機(jī)頭和定型模時(shí) 應(yīng)詳細(xì)了解擠出機(jī)機(jī)組的技術(shù)范圍 才能設(shè)計(jì)出合乎要求的機(jī)頭和定型模 套 異型材擠出成型模具包括機(jī)頭和定型模 但是生產(chǎn)實(shí)心的硬質(zhì)異型材根據(jù)產(chǎn)品 情況可以不用真空定型模 用定型套代替 生產(chǎn)軟質(zhì)制品的非中空異型材可以不用 定型?；蚨ㄐ吞?采用極為簡(jiǎn)單的水冷方法既可 2 9 擠塑模設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 機(jī)頭設(shè)計(jì)要解決機(jī)頭內(nèi)流道設(shè)計(jì) 機(jī)頭剛強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加熱控溫方式設(shè) 計(jì)三方面的問(wèn)題 塑料熔體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí) 沿橫斷面和沿流動(dòng)方向的流速的分布有幾種形式 1 一維流動(dòng) 流道沿流動(dòng)方向的斷面尺寸不變 平行流動(dòng) 在橫截面上各點(diǎn) 的流速分布僅沿一個(gè)方向變動(dòng) 這樣口模內(nèi)任意點(diǎn)的流速只需用一個(gè)垂直于流向的 坐標(biāo)來(lái)表示 物料在圓管中流動(dòng) 其橫截面上等速線分布是以孔為中心的一些同心 圓 各點(diǎn)速度可以用一個(gè)通過(guò)中心的坐標(biāo)軸來(lái)表示 此外熔體在無(wú)限寬扁縫內(nèi)的流 動(dòng)將兩頭除外也屬于一維流動(dòng) 2 二維流動(dòng) 流速分布需用兩個(gè)坐標(biāo)來(lái)描述的叫二維流動(dòng)如矩形斷面流道 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 11 物料做平行流動(dòng) 但在橫截面上流速分布必須用垂直于流動(dòng)方向的x y兩個(gè)直角坐 標(biāo)來(lái)表示 除矩形外塑料熔體在橢圓形 三角形 梯形 多邊形等截面內(nèi)的平行流 動(dòng)都屬于二維流動(dòng) 3 三維流動(dòng) 流道橫截面上的流速分布必須用兩個(gè)坐標(biāo)來(lái)表示 同時(shí)流道尺 寸沿流動(dòng)方向也有變化 即流速的分布要用三個(gè)坐標(biāo)來(lái)表示 壓力降與流動(dòng)速度之 間的解析關(guān)系對(duì)于一維流動(dòng)而言 即使是非牛頓流體也能求解 對(duì)于二維流動(dòng)只能 對(duì)牛頓流體中的三角形 矩形 橢圓形等幾種簡(jiǎn)單形狀求解 對(duì)于非牛頓流體只能 求得近似解 對(duì)于三維流動(dòng) 其解析解更復(fù)雜 但可借助于計(jì)算機(jī)對(duì)它做優(yōu)化計(jì)算 對(duì)于多數(shù)的擠塑成品 管 板 棒 膜 薄壁異型材等 對(duì)成型起決定作用的是口 模的平直部分 3 3 模具的裝配和校核模具的裝配和校核 在塑料擠出模具設(shè)計(jì)中校核起著重要作用 倘若校核這一環(huán)節(jié)不過(guò)關(guān) 模具的質(zhì) 量就會(huì)受到重要的影響 甚至整個(gè)模具設(shè)計(jì)功虧一簣 塑料擠出模具的校核主要是 對(duì)分流器支架和聯(lián)接螺釘進(jìn)行校核 這是因?yàn)榉至髌髦Ъ苤饕脕?lái)支撐芯膜和分流 錐 它是模具中強(qiáng)度最低的部分 而聯(lián)接螺釘承擔(dān)著絕大部分的粘滯力和芯模所受的 壓縮力 塑料擠出機(jī)頭主要分為中心進(jìn)料式機(jī)頭和直角機(jī)頭 3 1 塑料熔體在圓管內(nèi)流動(dòng) 設(shè)圓管兩端距離為 L 兩端壓差 在圓管中取一微元體 其半徑為 r 長(zhǎng)度為p 作用在微元體兩端壓力差為 表面所受剪應(yīng)力為 其力平衡式如下 1 1 dLdp dprrdL r 2 2 1 1 dLdp r r 2 設(shè)沿管軸壓力均勻下降 1 2 LpdLdp 在管壁處當(dāng)時(shí) Rr 1 3 L Rp w 2 式中 管壁處的剪應(yīng)力 w 對(duì)非牛頓流體可按冪律原理 指數(shù)定律 將剪切速率與剪應(yīng)力之間的關(guān)系表示 如下 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 12 1 4 m kdydv 式中 非牛頓指數(shù) 牛頓流體 1 非牛頓流體 1mmm 對(duì)于圓管形流道而言 半徑r處的速度隨半徑r改變 則有 1 5 m kdrdv 將以上兩式帶入 并認(rèn)為在管壁處的流速為零 求其積分得到任意半徑處的流 速 1 6 12 11 m rR L p kv mm m r 熔體在圓管中的總體積流率為 1 7 drvrq R O rv 2 在將以上兩式合并并積分得 1 8 32 3 mL pRk q m mm v 對(duì)牛頓流體 此時(shí)有 1 m 1 9 L pRk qv 8 4 即式中稱為牛頓剪切速率 L Rp k R qv 2 4 3 3 4q R v 一般的塑料熔體都是非牛頓流體 通常是利用毛細(xì)管流變儀通過(guò)實(shí)驗(yàn)作出流動(dòng) 曲線 再求式中的和 但一般來(lái)說(shuō)實(shí)驗(yàn)流動(dòng)曲線一般用毛細(xì)管壁處的剪應(yīng)力km 與機(jī)頭強(qiáng)度計(jì)算 LRp2 異型材機(jī)頭流道的壓力降 P較大 正常生產(chǎn)一般在50kg cm 150kg cm 但 是 新的機(jī)頭在初試車(chē)情況下 由于成型工藝條件控制不嚴(yán)格 通常 P最高可達(dá) 到250kg cm 以上 所以對(duì)機(jī)頭強(qiáng)度計(jì)算是不可忽視的 經(jīng)常出現(xiàn)口模的聯(lián)接螺釘 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 13 和分流柵板的分流筋等變形及破壞現(xiàn)象 3 2 口模聯(lián)接螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 口模聯(lián)接螺釘承受熔融物料流動(dòng)方向的作用力 其作用力等于垂直于物料流動(dòng) 方向上的分流柵板處流道投影面積乘以流道內(nèi)的壓力降 螺釘工作條件是屬受軸向 拉伸的緊螺釘聯(lián)接 作用在螺釘上的總負(fù)荷為管壁處牛頓剪切速率作出 3 4Rqv 的 3 3 口模尺寸 實(shí)際上 異型材壁厚既有厚壁一致的 也有各部分厚壁要求不一致的 因此 要區(qū)別情況作不同的設(shè)計(jì) 壁厚各處不一致者 情況相當(dāng)復(fù)雜 對(duì)此 須視具體條 件 作出若干簡(jiǎn)化處理 即便如此 要做出恰如其分的設(shè)計(jì) 也會(huì)有很大程度的難 度 甚至存在有不可能實(shí)現(xiàn)的特殊情況 因此 可以預(yù)見(jiàn)異型材塑模 仍包含有很 大程度的經(jīng)驗(yàn)性 3 3 1 成形端長(zhǎng)度 當(dāng)壁厚為均勻一致的異型材時(shí) 各截面均可視為是一狹縫形模口 其口模成形 段長(zhǎng)度可按下式計(jì)算確定式中的幾何參數(shù) 的計(jì)算 12 62 n n H q W k p L io RRH W 方法如下 材料冪律參數(shù) 值 其中異型流道n K L Wh K 12 3 幾何參數(shù)的計(jì)算方法 W 圓環(huán) 1 10 ioio RRRRW 14 3 半圓環(huán) 1 11 ioio RRRRW 57 1 2 有端部的直角形 1 12 21 WWW 沒(méi)有端的四角環(huán) 1 13 io RRW 4 沒(méi)有端的多邊形 1 14 io RRW 46 3 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 14 直角三角形 1 15 321 WWWW 封閉半圓環(huán) 1 16 io RRW57 3 57 1 封閉小半圓環(huán) 1 17 iosio RRRRRW 2cossin 半圓直角組合 1 18 21 57 3 57 1 WWRRW io 封閉圓薄縫隙組合 1 19 1 14 3 WRRW io 雙封閉半圓組合 1 20 io RRW14 5 14 3 圖形參考 新型塑料擠出機(jī)頭設(shè)計(jì) 40 頁(yè) 工藝參數(shù)值 視塑料品種及異型材截面復(fù)雜程度不同 一般可在 P MPa10 間選取 體積流量可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定 MPa35Q 1 21 om QQ 243 0 scm 3 式中 為預(yù)先設(shè)定的機(jī)頭的型材產(chǎn)量 h 為塑料在室溫下的密度 g m Q o 3 cm 當(dāng)材料冪律參數(shù)不可得時(shí) 口模成型段長(zhǎng)度 也可由表中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算確L 定 見(jiàn)表 3 1 但無(wú)論用何方法取值 的最大長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò) 80 90 L 表 3 1 異型材擠塑模設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 塑料名稱CAECPERPVCSPVC其它 L H H H S A A S 17 22 0 70 0 90 1 05 1 15 4 1014 20 0 85 0 90 0 85 0 95 20 50 1 10 1 20 0 80 0 93 5 11 0 83 0 90 0 80 0 90 30 40 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 15 B B S 0 80 0 950 75 0 900 90 0 970 70 0 85 確定口模徑向尺寸難度較大 因?yàn)榭谀Ｅ蛎?牽引和工藝條件波動(dòng)等因素的影 響 致使口模間隙不可能是異型材壁厚 中空異型材高度 寬度與其相H s H s B s A 應(yīng)的口模徑向尺寸和亦均有差別 由于理論計(jì)算難度很大 在設(shè)計(jì)時(shí)將表作為BA 參考然后結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定 3 4 機(jī)筒材料 機(jī)筒材料用氮化鋼 也可采用其他材料 內(nèi)孔表面處理 對(duì)氮化鋼氮化 深度 0 4mm 硬度不抵于 700HV GB T11354 規(guī) 定的脆性不大于 2 級(jí) 對(duì)采用其他材料 其使用要求應(yīng)低于氮化鋼相應(yīng)指標(biāo) 機(jī)筒內(nèi)孔的表面粗糙度不低于 a Rm 6 1 機(jī)筒內(nèi)孔極限偏差而符合表的規(guī)定 機(jī)筒兩孔軸線距離的誤差應(yīng)在 0 08 之內(nèi) 3 5 分流器支架的校核 分流器支架主要用來(lái)支撐分流錐及芯模 同時(shí)使料流分束以加強(qiáng)均勻攪拌作用 分流器支架上的分流筋做成流線型 是為了消除物料通過(guò)分流器支架時(shí)形成的結(jié)合 線 由于分流器支架主要用來(lái)支撐芯模和分流錐 它是模具中強(qiáng)度最低的部分 設(shè)計(jì) 時(shí)需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 確定分流筋的數(shù)量和截面尺寸 1 剪切強(qiáng)度計(jì)算公式如下 1 22 nf PF 式中材料許用剪切應(yīng)力 MPa 分流筋所受剪切應(yīng)力 MPa 分流錐在物料流動(dòng)方向的面積 F 2 mm 分流筋縱向截面積 f 2 mm 機(jī)頭壓力 pMPa 分流筋數(shù)量 n 對(duì)于塑性材料 1 2 1 5 s s s n n 0 6 0 8 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 16 機(jī)頭壓力12 分流錐最大外徑 分流筋數(shù)量 分流筋 PMPammRa24 4 n 截面形狀及幾何尺寸如圖 2 1 與圖 3 1 分流器支架采用 4Cr13 鋼 對(duì)于 4Cr13 鋼 MPa s 355 圖 3 1 錐頭 則該分流器支架的每個(gè)分流筋所用剪切應(yīng)力為 MPa nf PF 40736 43 2 710 2 1810 4 2414 312 2 而即 s s n MPa273 3 1 355 0 6 0 8 MPa1912737 0 可知 故分流筋強(qiáng)度足夠 2 聯(lián)接螺釘?shù)男：?壓環(huán)周?chē)牧鶄€(gè)內(nèi)六角螺釘 聯(lián)接機(jī)體與壓環(huán) 承擔(dān)著絕大部分的粘滯力 Fs 和 芯模壓縮力 Fp 流道壁上的粘滯力 按定義式為 1 23 NSFs i i i 5 1 式中任意段流道表面積 i S 壁面上的剪應(yīng)力 i Pa 對(duì)于圓環(huán)隙流道有 1 r R k k R r L PR 0 2 0 0 1ln2 1 2 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 17 24 式中環(huán)隙外半徑 為外壁面力 00 R Rr 環(huán)隙內(nèi)半徑 為內(nèi)壁面力 ii RRr 0 RRk i 對(duì)芯模的壓縮力 可表示為 1 NPRF ap 2 25 式中分流錐最大截面半徑 a Rm 熔體壓力 PPa 系數(shù) 通常取1 6 2 0 口模熔體壓力降 機(jī)頭 60 3 24 6 27 50 mmLmmRmmR i 26 108mNP 壓力 分流錐最大截面半徑 塑料制品為 PVC 制品 聯(lián)接螺MPaP12 mmRa24 釘承受定型區(qū) 壓縮區(qū) 分流區(qū) 芯模及分流器支架的粘滯力和料流對(duì)分流錐產(chǎn)生 的壓縮力 而分流區(qū)外表面所受的粘滯力由機(jī)體所承受 所以只考慮分流區(qū)內(nèi)表面 a 定型區(qū) 88 0 6 27 3 24 60 3 24 6 27 50 kLRR i 外表面 Pa mS 5 26 1 226 1 1016 2 88 0 1 ln2 88 0 1 1 602 10 6 27 1004 1 1060 6 2714 3 2 內(nèi)表面 226 2 1004 1 1060 6 2714 3 2mS Pa 5 26 2 10232 2 3 24 6 27 88 0 1 ln2 88 0 1 6 27 3 24 602 108 6 27 22111 SSF 5252 10232 2 1004 11016 2 1004 1 N7488 其余粘滯力計(jì)算過(guò)程與以上類似 不同的是 壓力降由公式求出 由于流P 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 18 道計(jì)算較復(fù)雜 必要時(shí)可作近似計(jì)算 計(jì)算出 2 F 3 F NSF i i iS 4374 5 1 b 壓縮力 由可計(jì)算 8 1 MPaPRa12 24 NFp 6 390661012102414 3 8 1 662 c 校核 聯(lián)接螺栓選用六個(gè)的 35 號(hào)正火鋼螺釘 其受載荷時(shí)軸向許用載荷8012 M NF25000 NFFF ps 6 43440 6 390664374 3 6 PRO E 模具裝配 Pro ENGINEER 除了設(shè)計(jì)三維造型以外還可以進(jìn)行零件裝配 3 6 1 繪制三維圖 首先利用 Pro ENGINEER 將 AutoCAD 中的二維零件圖和部件圖畫(huà)成三維圖 見(jiàn)圖 3 2 這是其中一個(gè) 其他部件可參考三維零件裝配圖冊(cè) 圖 3 2 零件圖 3 6 2 零件裝配 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 19 A 新建一個(gè)裝配文件并設(shè)置模型樹(shù)的顯示目錄 a 單擊新建按鈕 彈出 新建 對(duì)話框 b 在 類型 選項(xiàng)組中選擇 組件 單選項(xiàng) 在 子類型 選項(xiàng)組中選擇 設(shè) 計(jì) 單選項(xiàng) 輸入組件名稱為 zhuangpei 單擊 使用缺省模板 復(fù)選項(xiàng)以不使 用默認(rèn)模板 單擊 確定 按鈕 c 在出現(xiàn)的 新文件選項(xiàng) 對(duì)話框中 從 模板 選項(xiàng)組中選擇 mmns asm design 單擊 確定 按鈕 建立一個(gè)組件文件 d 在導(dǎo)航區(qū)的模型樹(shù)選項(xiàng)卡中 單擊模型樹(shù)上方的 設(shè)置 按鈕 從出現(xiàn)的下 拉菜單中選擇 樹(shù)過(guò)濾器 選項(xiàng) 打開(kāi) 模型樹(shù)項(xiàng)目 對(duì)話框 e 勾選 特征 復(fù)選框和 放置文件夾 復(fù)選項(xiàng) 單擊 應(yīng)用 按鈕 f 單擊 關(guān)閉 按鈕 此時(shí) 在裝配模型樹(shù)中便顯示基準(zhǔn)平面 基準(zhǔn)坐標(biāo)系等 B 裝配第一個(gè)零件 JITOU4 PAT a 在工具欄中單擊 將元件添加到組件 按鈕 或者從菜單欄中選擇 插入 元件 裝配 命令 b 在出現(xiàn)的 打開(kāi) 對(duì)話框中 查找到原文件 JITOU4 PAT 單擊 打開(kāi) 按鈕 c 在出現(xiàn)的操控板中 從約束類型下拉列表框中選擇 缺省 選項(xiàng) 見(jiàn)圖 3 3 圖 3 3 口模模型導(dǎo)入 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 20 C 裝配第二個(gè)零件 JTOU3 PAT a 在工具欄中單擊 將元件添加到組件 按鈕 或者從菜單欄中選擇 插入 元件 裝配 命令 b 在出現(xiàn)的 打開(kāi) 對(duì)話框中 查找到原文件 JITOU3 PAT 單擊 打開(kāi) 按鈕 c 在出現(xiàn)的操控板中 從約束類型下拉列表框中選擇 匹配 選項(xiàng) 設(shè)置匹配 的偏移類型為 定向 見(jiàn)圖 3 4 d 分別選擇匹配參照的兩個(gè)面 e 單擊操控板上的 放置 選項(xiàng)按鈕 進(jìn)入放置上滑面板 f 在 放置 上滑面板中 單擊 新建約束 處 開(kāi)始定義第 2 放置約束 選 擇約束類型為 對(duì)齊 偏移類型為 重合 然后在圖形窗口中選擇 JITOU3 PAT 的軸線 JITOU4 PAT 的軸線 g 單擊 新建約束 處 開(kāi)始定義第 3 放置約束 選擇約束類型為 匹配 偏移類型為 重合 分別選擇兩個(gè)參照面 h 單擊操控板中的 完成 按鈕 完成第二個(gè)零件的裝配 圖中隱藏了該零件 的基準(zhǔn)特征 裝配成型后如圖 3 5 圖 3 4 裝配設(shè)置 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 21 圖 3 5 組裝完畢 3 6 3 裝配爆炸圖 裝配爆炸圖其實(shí)是組件的分解視圖 建立表達(dá)清晰的裝配爆炸圖 有助于分析 產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 規(guī)劃零件以及給生產(chǎn)工藝的指導(dǎo)工作帶來(lái)方便等 利用爆炸圖來(lái)輔助說(shuō) 明產(chǎn)品的組成或者裝配順序 A 打開(kāi)裝配圖 打開(kāi) Pro ENGINEER 后從文件中點(diǎn)擊 打開(kāi) 按鈕 選出裝配好的圖 如圖 3 6 所示 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 22 圖 3 6 總體裝配效果圖 B 編輯爆炸圖 選擇 視圖 分解 分解視圖 命令 此時(shí)得到的是默認(rèn)的爆炸圖如圖 3 7 所示 由系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的爆炸圖往往顯得有些凌亂 還需要做進(jìn)一步的位置調(diào)節(jié) 以 獲得滿意的爆炸狀態(tài) a 從菜單欄中選擇 視圖 分解 編輯位置 命令 如圖 3 8 所示的 分解位置 對(duì)話框 b 在 運(yùn)動(dòng)類型 選項(xiàng)組中 選擇 平移 單選項(xiàng) 從 運(yùn)動(dòng)參照 選項(xiàng)組的 列表框中選擇 平面法向 選項(xiàng) 定義運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)參照 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 23 圖 3 7 系統(tǒng)分解 c 在圖形窗口中選擇 ASM RIGHT 基準(zhǔn)平面來(lái)定義方向參照 d 單擊要移動(dòng)的元件并釋放鼠標(biāo)按鍵 在 ASM RIGHT 基準(zhǔn)平面的法向上移動(dòng)鼠 標(biāo) 在適合的位置單擊鼠標(biāo)左鍵 便完成了選定元件的位置調(diào)整 以同樣的操作 調(diào)整其他元件的位置 e 單擊對(duì)話框中的 優(yōu)先選項(xiàng) 按鈕 則打開(kāi) 優(yōu)先選項(xiàng) 對(duì)話框如圖 3 9 默認(rèn)的選項(xiàng)為 移動(dòng)一個(gè) 可供選擇的移動(dòng)選項(xiàng)還有 移動(dòng)多個(gè) 和 隨子項(xiàng)移 動(dòng) f 調(diào)整爆炸圖中的各元件位置 單擊 分解位置 對(duì)話框的 確定 按鈕 如 圖 3 10 所示編輯好位置的爆炸圖 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 24 圖 3 8 分解位置 圖 3 9 優(yōu)先選項(xiàng) 圖 3 10 編輯好位置的爆炸圖 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 25 3 7 ANSYS 有限元靜力分析 3 7 1 分析問(wèn)題 考查口模在工作時(shí)發(fā)生的變形和產(chǎn)生的應(yīng)力 口模在底面的四周邊界不能發(fā)生 上下運(yùn)動(dòng) 即不能發(fā)生沿軸向的位移 在底面的 18 個(gè)圓周上不能發(fā)生任何方向的 運(yùn)動(dòng) 在小軸孔的孔面上分布有的壓力 在大軸孔的孔臺(tái)上分布有的Pae61Pae71 壓力 在大軸孔的鍵槽的一側(cè)受到的壓力 Pae51 3 7 2 建立模型 建立模型包括設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題 定義單元類型和實(shí)常數(shù) 定義材料屬性 建立幾何模型 劃分有限元網(wǎng)格 在進(jìn)行一個(gè)新的有限元分析時(shí) 通常需要修改數(shù)據(jù)庫(kù)名 并在圖形輸出窗口中 定義一個(gè)標(biāo)題來(lái)說(shuō)明當(dāng)前進(jìn)行的工作內(nèi)容 另外 對(duì)于不同的分析范疇 結(jié)構(gòu)分析 熱分析 流體分析 電磁場(chǎng)分析等 ANSYS 所用的主菜單的內(nèi)容不盡相同 為此 我們需要在分析開(kāi)始時(shí)選定分析內(nèi)容的范疇 以便 ANSYS 顯示出與其相對(duì)應(yīng)的菜單 選項(xiàng) 其具體步驟為 a 從實(shí)用菜單中選擇 Utility Menu File Change Jobname 命令 將打開(kāi) Change Jobname 修改文件名 對(duì)話框 b 在 Enter new jobname 輸入新的文件名 文本框中輸入文字 example5 5 為分析的數(shù)據(jù)庫(kù)文件名 c 單擊 Add 按鈕 完成文件名的修改 d 從實(shí)用菜單中選擇 Utility Menu File Change Title 命令 將打開(kāi) Change Title 修改標(biāo)題 對(duì)話框 e 在 Enter new title 輸入新標(biāo)題 文本框中輸入文字 static analysis of rod 分析的標(biāo)題名 f 單擊 OK 按鈕 完成對(duì)標(biāo)題名的指定 g 從實(shí)用菜單中選擇 Utility Menu Plot Replot 命令 指定的標(biāo)題 static analysis of rod 將顯示在圖形窗口的左下腳 h 從主用菜單中選擇 Main Menu Preference 命令 將打開(kāi) Preference of GUI Filtering 菜單過(guò)濾參數(shù)選擇 對(duì)話框 選中 Structural 復(fù)選框 單擊 OK 按鈕確 定 在進(jìn)行有限元分析時(shí) 首先應(yīng)根據(jù)分析問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu) 分析類型和所分析的 問(wèn)題精度要求等 選定適合具體分析的單元類型 a 從主菜單中選擇 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 命令 將打開(kāi) Element Type 單元類型 對(duì)話框 b 單擊 OK 按鈕 將打開(kāi) Library of Element Type 單元類型庫(kù) c 然后在左邊的列表中選擇 Solid 選項(xiàng) 選擇實(shí)體單元類型 d 在右邊的列表框中選擇 Tet 10Node 92 單元選項(xiàng) 選項(xiàng)十節(jié)點(diǎn)四面體實(shí)體結(jié) 構(gòu)單元 Tet 10Node 92 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 26 e 單擊 OK 按鈕 將 Tet 10Node 92 單元添加 并關(guān)閉單元類型對(duì)話框 同時(shí) 返回到第一步打開(kāi)的單元類型對(duì)話框 f 該單元不需要進(jìn)行單元選項(xiàng)設(shè)置 單擊 Close 按鈕 關(guān)閉單元類型對(duì)話框 結(jié)束單元類型的添加架 g 從主菜單中選擇Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool命令 打開(kāi) Mesh Tool 網(wǎng)格工具 h 單擊Line域Set按鈕 打開(kāi)線選擇對(duì)話框 要求選擇定義單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)的線 i ANSYS會(huì)提示線劃分控制的信息 No of element divisions 文本框中輸入 10 單擊OK j 在對(duì)話框中 選擇Mesh域中的 Volumes 單擊Mesh 打開(kāi)體選擇對(duì)話框 要求 選擇要?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)的體 單擊Pick All按鈕 k ANSYS 會(huì)根據(jù)進(jìn)行的線控制劃分體 如圖 3 11 圖 3 11 劃分后的體 3 7 3 機(jī)頭的底部施加位移約束 a 從主菜單中選擇 Main Men Solution Loads Apply Structural Displacement on Lines b 拾取底面的所有外邊界線 單擊 OK c 選擇 UZ 作為約束自由度 單擊 OK d 從主菜單中選擇 Main Menu Solution Loads Apply Structural Displacement on Lines 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 27 e 拾取基座底面的圓周線 單擊 OK 選擇 All DOF 作為約束自由度 單擊 OK 3 7 4 進(jìn)行求解 a 從主菜單中選擇 Main Menu Solution Solve CurrentLS 命令 打開(kāi)一個(gè)確 認(rèn)對(duì)話框和狀態(tài)列表 要求查看列出的求解選項(xiàng) b 查看列表中的信息確認(rèn)無(wú)誤后 單擊 OK 按鈕 開(kāi)始求解 c 求解完成后打開(kāi)如圖 3 12 所式的提示求解結(jié)束對(duì)話框 圖 3 12 提示求解完成 3 7 5 查看結(jié)果 A 查看變形 三維實(shí)體需要查看三個(gè)方向的位移和總的位移 a 從主菜單中選擇 Main Menu General Postproc Plot Result Contour Plot Nodal Solu命令 打開(kāi)Contour Nodal Solution Data對(duì)話框 b 在Item to be contoured 等值線顯示結(jié)果項(xiàng) 域的左邊的列表框中選擇 DOF soulition 自由度解 選項(xiàng) c 在右邊的列表中選擇Translaton UX X向位移 選項(xiàng) d 選擇Def undef edge 變形后和未變形輪廓線 單選按鈕 e 單擊OK按鈕 在圖形窗口中顯示出變形圖 包含變形前的輪廓線 如圖3 13 所示 圖中下方的色譜表明不同的顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值 帶符號(hào) 基于 ANSYS 的擠出跑步機(jī)塑料邊條模具的設(shè)計(jì)及機(jī)頭的加工仿真 28 圖3 13 X方向的位移 f 用同樣的方法查看Y方向的位移 如圖3 14所示 圖3 14 Y方向的位移 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2008 29 g 用同樣的的方法查看Z方向的位移 如圖3 15所示 圖3 15 Z方向的位移 h 用同樣的的方法查看總的位移 如圖3 16所示 圖3 16 總的位移 基于 ANSYS 的擠出跑