0    引言

        立式注塑机经过几十年的发展,应用和设计技术已经比较成熟。利用虚拟仿真技术对现有的立式注塑机进行设计和改造,具有广泛的应用前景和巨大的经济价值,而且能够给我国立式注塑机行业以及其它的机械领域的设计工作提供借鉴。

1    立式注塑机合模机构主参数选择及总体设计

        立式注塑机系列机型参数化设计工作需分两步进行:首先设计一个基本机型,然后再以基本机型为蓝本通过结构参数的修改来设计其它机型。本文立式注塑机的设计工作选用锁模力为125T的小型立式注塑机为基本型立式注塑机,整个系列的立式注塑机都以此机型为蓝本。立式注塑机技术参数的确定是立式注塑机设计的前提,参数确定的好坏将直接影响机器的性能,因此立式注塑机参数的确定必须根据当今立式注塑机的发展趋势及生产的实际情况来进行。125T立式注塑机的基本组成为:合模部分、注射部分、液压部分。机器的技术参数确定后,在这些基础上即可进行机器细节结构参数的设计计算工作。

2    基于Pro/E的立式注塑机设计

2.1    立式注塑机的结构分析

        在新产品开发过程中,先建立处于顶部的机器整体三维CAD模型,骨架模型是零件建模与装配的基准,零件以骨架模型为基准建模时,零件建模所用的特征要尽量简单。根据立式注塑机的结构特点,本设计中选择了机器的正截面和三个模板截面来建立合模机构的骨架模型,采用TOP-DOWN结构设计,实践证明该骨架能够很好地控制机器的设计修改和重生成。

2.2    Pro/E的建模

        利用美国PTC公司设计的Pro/E对立式注塑机的机构进行具体的骨架模型建立。

3    基于ANSYS的立式注塑机模板有限元分析

        对于连续体的受力问题,作为一个整体获得精确求解十分困难,只能作近似求解,利用有限元法的思想可以解决此问题。可以假想将整个求解区域离散化,分解成为一定形状有限数量的小区域,彼此之间只在一定数量的指定点处相互连接,组成一个单元的集合体以替代原来的连续体,只要先求得各节点的位移,即能根据相应的数值近似求得区域内的其他各场量的分布。

3.1    合模机构尾板的有限元受力分析和优化

        斜排双曲肘合模机构的三块模板中,尾板高度相对较大,受力情况最为复杂。对尾板进行有限元受力分析是设计中非常重要的一环。尾板的约束如下:尾板在载荷的作用下虽然已处于力的平衡状态,但利用ANSYS对合模机构尾板有限元分析必须定义约束,为了反映出尾板的真实变形情况,将约束的位置选在模板中心孔的位置。利用ANSYS软件对尾板进行有限元受力分析以及优化后的有限元受力分析。其它的部件分析过程类似于尾板,只是具体的约束和载荷施加情况不同而已。

3.2    立式注塑机模板迭代优化

        针对某一优化目标的模板迭代优化设计如下:当已知模板的应力变化相对于某些参数的变化较敏感时,可选定这些参数为设计变量,然后模板的优化由软件自动迭代来完成。原模板厚度为170mm,迭代最终模板厚度为231mm,其中圆锥形凸台厚度为24mm。模具四角处最大压应力为1.049@108N/m2。此时模板重量为398㎏。

4    基于MATLAB的立式注塑机合模机构运动分析

        根据推导出的公式应用MATLAB软件,我们可以很方便地绘制出以A为变量的动模板速度曲线。

5    立式注塑机的三维运动分析

        建立合模机构的三维CAD模型是进行虚拟运动分析、动力分析和有限元分析的基础,有了合模机构的三维CAD模型即可进行相关的分析了。通过机构的运动分析,可以检查机构运动时是否存在干涉现象以及重要部件的速度、加速度如何,并可绘出相关的曲线。这比以前用矢量方程图解法和手工计算解析法做复杂机构的运动分析方便多了,而且可以大大节约时间,并提高了计算的准确度,在已建立的以骨架为基础的装配模型中加入运动副,如转动副、移动副等。

6    结束语

        从本文的阐述和分析中可以看出:基于虚拟仿真技术的模型设计与分析计算,给立式注塑机系列机型的设计工作引入了全新的理念。首先利用Pro/E三维软件进行结构设计,然后利用其三维文件分析在ANSYS有限元受力情况;其次利用MATLAB编程和计算,最后进行虚拟仿真,有效地避免了真机的失误,大大节约了成本,提高了设计效率。这种转变,极大地丰富了设计手段,将人们从繁重的手工制图、手工计算中解放出来,从而更有利于新产品、新设计的推出,有利于产品的系列化设计。