塑料模具型腔壁厚的強度與剛度分析_圖文

1、模具設(shè)計·Mould Design編者按：作者以材料力學、彈性力學為理論基礎(chǔ)，采用有限元軟件ANSYS進行模擬分析驗證，得出合理的塑料模具型腔側(cè)壁厚度計算公式，為合理確定型腔尺寸提供了理論依據(jù)。Analyse of Strength and Toughness to Plastic Mould Thickness塑料模具型腔壁厚的強度與剛度分析文/ 李 云摘 要：分析了塑料模具型腔側(cè)壁的強度與剛度計算公式；利用有限元分析軟件ANSYS驗證了型腔側(cè)壁在注射壓力作用下發(fā)生的變形；得出塑料模具型腔側(cè)壁厚度的力學設(shè)計計算公式；為合理確定型腔尺寸提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：強度 剛度 塑料模具 有

2、限元Abstract: Formulas of strength and toughness to plastic mould side wall was analyzed, using nite element software ANSYS to verify the deformation of the side wall cavity in the injection pressure; enduing mechanical design formulas to the thickness of plastic mould side wall; providing theory basi

3、s for deciding the mould dimension rightly.Key words: Strength Toughness Plastic mould Finite element塑料模具型腔側(cè)壁厚度計算是模具設(shè)計中經(jīng)常遇到的重要問題,尤其對大論基礎(chǔ)，采用有限元軟件ANSYS來進行模擬分析驗證，得出合理的塑料模具型腔側(cè)壁厚度計算公式。備的力學性能的兩個方面，塑料模具型腔對強度與剛度并非在各種情況下都提出較高要求，而是有側(cè)重的，下面分別對矩形和圓形型腔側(cè)壁進行力學分析。型模具更為突出。目前模具設(shè)計多憑經(jīng)驗公式?jīng)Q定，但常因估計計算不準造成模具報廢或浪費材料，為此建立科學的確定

4、方法實為必要。目前，許多資料按不同的觀點提出了許多公式及圖表，歸納起來主要可分為兩類：一是以剛度觀點作計算的；一是以強度觀點作計算的。但實際中塑料模卻要求既不允許因強度不足而破壞，也不允許因剛度不足而發(fā)生過大變形。因此，必須科學準確地建立塑料模型腔側(cè)壁強度與剛度的計算方法，才能滿足實際需要，生產(chǎn)出合理塑件。現(xiàn)以材料力學、彈性力學為理78型腔側(cè)壁力學分析塑料模型腔在注射成型過程中，在型腔全部充滿的瞬間，熔體壓力可達到一較高值。型腔側(cè)壁必須具有足夠的厚度以承受熔體充模時產(chǎn)生的高壓，否則可能因強度不足，產(chǎn)生塑性變形甚至破裂；或因剛度不足，產(chǎn)生大的彈性變形，引起成型零部件在其接觸或配合表面出現(xiàn)較大的間

5、隙，形成溢料或飛邊，降低塑料制品的精度和影響塑料制品脫模。型腔側(cè)壁的強度與剛度是型腔應(yīng)具型腔結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式兩種類型，由于整體式型腔的強度和剛度都相對于組合式較高，且只適用于形狀較為簡單的中、小型模具，因此，本文主要討論組合式型腔側(cè)壁的力學計算。矩形型腔側(cè)壁厚度的分析計算強度計算力學模型：承受均布載荷兩端固定梁，如圖1所示。根據(jù)材料力學有關(guān)理論，側(cè)壁受到彎曲應(yīng)力，最大應(yīng)力發(fā)生在側(cè)壁長邊中- Mould Design·模具設(shè)計點處。P注射壓力（MPa）L矩形型腔側(cè)壁長邊長度(mmt側(cè)壁厚度(mm 最大應(yīng)力（MPa） 剛度計算矩形型腔受熔體壓力而脹大，如果長短邊的壁厚相等，則長邊

6、剛度較差，所以只要計算長邊的壁厚，其短邊的壁厚就能滿足。根據(jù)力學模型及材料力學有關(guān)理論，長邊的彎曲變形量為：根據(jù)第三強度理論得許用應(yīng)力（pa） 最大拉應(yīng)力（pa）E彈性模量（MPa） 最大撓度（mm）最小拉應(yīng)力（pa）把 分別代入，最大應(yīng)力 為：組合式圓形型腔側(cè)壁力學模型：承受均勻內(nèi)壓的厚壁圓筒，如圖2所示。強度計算厚壁圓筒受內(nèi)壓，產(chǎn)生徑向正應(yīng)力與切向正應(yīng)力。剛度計算根據(jù)廣義胡克定律：a 圓筒內(nèi)徑(mmb圓筒外徑(mmr圓筒內(nèi)徑與外徑間任意位置(mm最大正應(yīng)力與最大切應(yīng)力均產(chǎn)生在圓筒內(nèi)壁，即：實例分析計算、ANSYS驗證a 理論計算例1：矩形型腔側(cè)壁，寬度=80mm，長度L=100mm，厚度t

7、=50mm，注射壓力P=50MPa，彈性模量E=2X10Pa，泊松比=0.3，側(cè)壁高度H=80mm，分析計算矩形側(cè)壁變形。剛度計算：11根據(jù)本文推導理論公式，得強度計算：MPa79 模具設(shè)計·Mould Designb ANSYS分析如圖3所示。從圖3中可以看出，在矩形型腔側(cè)壁長邊中點處，應(yīng)力值最大，=101.613MPa側(cè)壁的最大變形=0.005962mm。c 理論計算與ANSYS分析比較通過表1，可以看出，本文推導矩形型腔側(cè)壁的計算公式與ANSYS有限元分析結(jié)果相符。例2：圓形型腔側(cè)壁，內(nèi)徑a =100m m ，外徑b =200m m ，注射壓力P=50MPa，彈性模量E=2X1

8、011Pa，泊松比=0.3，分析計算側(cè)壁變形。a理論計算強度計算：剛度計算：b ANSYS分析如圖4所示。從圖4中可以看出，在圓形型腔內(nèi)壁，應(yīng)力值最大，側(cè)壁的最大變形=131.434MPa=0.045398mm。MPac 理論計算與ANSYS分析比較型腔側(cè)壁的受力進行校核，得出符合實際應(yīng)用的力學設(shè)計計算公式。通過本文推導驗證的型腔側(cè)壁的力學設(shè)計計算公式，可以選擇合適的型腔側(cè)壁厚度，不僅可以滿足實際生產(chǎn)需求，而且也可防止厚度選擇過大導致浪費材料或厚度選擇過小使模具報廢的現(xiàn)象，降低了模具設(shè)計制造成本，為合理確定型腔尺寸提供了理論依據(jù)。M，北京：機械工業(yè)出版社，2002：35-854 陸瑛，劉楠藩，朱紅瑜框式塑料注射模具設(shè)計中的剛度問題J，鄭州紡織工學院學報，1998（9）：76-795 林裕華，塑料模具的剛度問題J現(xiàn)代機械，1998（1）：42-44通過表2，可以看出，本文推導圓形型腔側(cè)壁的計算公式與ANSYS有限元分析結(jié)果相符。結(jié) 論本文以材料力學、彈性力學作為理論基礎(chǔ)，對塑料模具在熔體壓力作用下，型腔側(cè)壁的強度與剛度進行理論分析研究，應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對80參考文獻：1 徐芝綸.彈性力學M，北京：高等