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在我國，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，它已成為國家重點支持的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于國內(nèi)模具企業(yè)采用較為傳統(tǒng)的“設(shè)計一加工一裝配一試模一修模一再試模”的生產(chǎn)方式設(shè)計制造模具，與國外先進(jìn)發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)模具表現(xiàn)出精度較低、壽命較短、設(shè)計制造周期較長、成本較高等劣勢，嚴(yán)重削弱了我國高端模具在國際市場上的競爭力。
模具斜推桿機構(gòu)是注塑模中最為常見的側(cè)向抽芯機構(gòu)，它常用于制品內(nèi)側(cè)存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)并且強行推出型芯時會損壞制品的場合。在脫模過程中，前后模打開，斜推桿在由液壓缸帶動的推桿底板的推動下開始頂出制品。由于斜推桿與開模方向有一定的傾斜夾角，所以在頂出的過程中，斜推桿做斜向運動，斜向運動分解成一個沿脫模方向的垂直運動和一個脫離制品內(nèi)側(cè)面的側(cè)向運動。達(dá)到一定的行程后，斜推桿中的膠位就會完全脫離斜推桿，實現(xiàn)側(cè)向抽芯。
由于工作條件極為復(fù)雜，合模狀態(tài)下整個模具承受鎖模力作用，強大的預(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，這些變形會將斜推桿包裹在對斜推桿起導(dǎo)向作用的模板滑槽內(nèi)，工作過程中模具溫度較高且變化幅度較大，也會使斜推桿產(chǎn)生內(nèi)部熱應(yīng)力，潤滑不良會增大斜推桿與導(dǎo)滑槽的摩擦力，不利于斜推桿被順利推出完成抽芯運動，由于制造加工、裝配等方面的因素也會造成斜推桿在導(dǎo)滑槽內(nèi)運動受阻。一旦斜推桿運動受阻，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構(gòu)的強度具有重要意義。
采用通用有限元分析軟件ANSYS對模具中常見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)行危險工況下的靜強度分析，分析出各個幾何參數(shù)與斜推桿強度的關(guān)系，為模具設(shè)計過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)實意義。
1、ANSYS有限元分析建模計算
ANSYS中有限元模型的建立包括幾何模型的建立和單元網(wǎng)格的劃分兩個過程。模具斜推桿結(jié)構(gòu)一般具有對稱性，為了節(jié)省計算機資源提高分析速度，采用軸對稱模型來進(jìn)行分析建模。
2、結(jié)構(gòu)尺寸與斜推桿強度的分析
利用ANSYS參數(shù)化設(shè)計編程語言APDL編寫了分別以L1，L2，H，a等幾何參數(shù)為單個變量，而其他幾何參數(shù)為常量的方形截面斜推桿強度專用計算程序，經(jīng)循環(huán)計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)力值與單個兒何參數(shù)的關(guān)系曲線。
3、分析結(jié)果及設(shè)計建議
根據(jù)分析結(jié)果，為了降低斜推桿在工作過程中受到的應(yīng)力，提高斜推桿的強度，在模具設(shè)計時可以從以下四個方面優(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構(gòu)以提高強度，延長模具使用壽命。
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)力方面比橫截面長度L1的作用要明顯，所以設(shè)計時可選擇L2>L1的長方形截面斜推桿。
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度H。條件允許的話可以將斜推桿的側(cè)向受力點下移，如在靠近斜推桿末端處增加導(dǎo)向塊。在斜推桿較長且單薄，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，對斜推桿傾斜角的設(shè)計原則是能小不大。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有限元分析方法對模具中使用極為廣泛的斜推桿機構(gòu)進(jìn)行了靜強度分析，分析結(jié)果與實際生產(chǎn)過程中反饋的經(jīng)驗情況一致。并且以各個幾何參數(shù)為單個變量建立了斜推桿機構(gòu)有限元分析的參數(shù)化模型，研究了各個幾何參數(shù)與斜推桿強度的關(guān)系，為模具中斜推桿機構(gòu)的設(shè)計生產(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)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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