一、引言
　　注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)模具的固定、啟閉以及為模具提供必要的合模力。傳統(tǒng)注塑機(jī)模板的設(shè)計(jì)，一般以在滿足設(shè)計(jì)所需合模力的前提下，模板不發(fā)生開裂為準(zhǔn)則。這樣的設(shè)計(jì)理念，往往是忽略模板表面變形對合模力的影響。而在實(shí)際生產(chǎn)中，正是由于模板表面的變形，使合模力下降和模具受力不均，從而導(dǎo)致塑料產(chǎn)品在成型過程中發(fā)生飛邊、模具受損及能耗增大等情況?；谏鲜鰡栴}的出現(xiàn)，本文將對傳統(tǒng)合模機(jī)構(gòu)模板的受力及變形進(jìn)行有限元分析，并提出新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，以達(dá)到改善產(chǎn)品飛邊，保護(hù)模具及減少不必要能耗損失的目標(biāo)。
　　二、傳統(tǒng)合模機(jī)構(gòu)模板的受力變形分析
　　注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)一般分為曲肘式和直亞式。曲肘式合模機(jī)構(gòu)，是通過肘桿及拉桿的變形產(chǎn)生合模力。而直亞式合模機(jī)構(gòu)，是合模油缸直接提供合模力。由于兩者產(chǎn)生合模力的原理不同，故模板的受力變形有很大的差異。
　　曲肘式合模機(jī)構(gòu)的動(dòng)模板中心承受著模具的反作用力，而其上下又有肘桿傳遞過來的變形力。由于兩力大小相等，方向相反，但不在同一直線上，這使得動(dòng)模板發(fā)生彎曲變形，定模板的受力變形情況也相類似。由于動(dòng)、定模板表面發(fā)生變形而導(dǎo)致模板兩端面的平行度降低，模具受力不均，鎖模力下降，產(chǎn)品出現(xiàn)飛邊。客戶根據(jù)產(chǎn)品飛邊現(xiàn)象，盲目增大合模力，**終致使模板變形加劇，模具局部受力過大，甚至損壞。反觀直亞式的合模機(jī)構(gòu)，合模油缸所施加的合模力與模具的反作用力大小相等，方向相反，且在同一直線上，故動(dòng)模板的變形小，但定模板的變形問題仍然存在，模具受力不均衡的情況仍得不到有效的改善。
　　三、優(yōu)化前動(dòng)定模板的有限元分析
　　由于模板受力通常都是對稱分布，所以我們在有限元分析時(shí)，一般只對模板的四分之一進(jìn)行處理，并忽略碼?？准靶】椎忍卣?。這樣可以減少計(jì)算機(jī)分析的時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，COSMOSWorks提供了多組件的復(fù)雜裝配分析，從而大大簡化工程師的勞動(dòng)，使得分析能更好的模擬真實(shí)情況，提高結(jié)果的精度。
　　本文著重于動(dòng)定模板受力及變形的有限元分析，所以在裝配模型的處理結(jié)果中隱藏了導(dǎo)柱和模具的數(shù)據(jù)。根據(jù)**對球墨鑄鐵的一般驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)只對抗拉強(qiáng)度和延伸率有所規(guī)定，故在應(yīng)力分析結(jié)果中通常選擇“**主要應(yīng)力（P1）”。另外，在通過探測主要變線在Z方向（與模具受力方向相同）的位移量，可以清楚直觀地了解模板面的變形情況。

　　　　　　　有限元分析變形量示意圖一
　　定模板的拉伸應(yīng)力主要集中在導(dǎo)柱孔與模具定位孔中心連線的加強(qiáng)筋上，與實(shí)際生產(chǎn)中模板發(fā)生開裂的地方相吻合，**值為107Mpa；主形變線在Z方向的位移量幅度為0.155mm。而動(dòng)模板的拉伸應(yīng)力**值出現(xiàn)在連接上下曲肘的加強(qiáng)筋上，達(dá)103Mpa；主形變線在Z方向的位移量幅度為0.236mm，且形變主要出現(xiàn)在模具安裝面與曲肘相連的部分。**對QT500-7A的力學(xué)性能規(guī)定，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于或等于500Mpa，故動(dòng)定模板的安全系數(shù)大約均為4.67，完全滿足工程機(jī)械設(shè)計(jì)要求。但橡塑機(jī)械**標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，注塑機(jī)在**合模力時(shí)，動(dòng)定模板間的平行度必須小于或等于0.2mm。若采用四點(diǎn)測量的方法，動(dòng)定模板的平行度明顯不能滿足規(guī)定。
　　四、動(dòng)定模板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及其有限元分析
　　曲肘及導(dǎo)桿變形所產(chǎn)生的合模力直接傳遞到模具的安裝面且與模板中心受力不在同一直線上，是造成該面發(fā)生彎曲變形的主要因素。針對這一問題，在優(yōu)化方案中把模板分為兩個(gè)部分：主體及模具安裝體；而兩者之間由一過渡部分相連。主體負(fù)責(zé)承受機(jī)構(gòu)合模力，產(chǎn)生形變及消耗部分應(yīng)變能，從而減少對模具安裝體變形的影響。此時(shí)，模板中間的受力形式與直壓式相類似，從而減少模具安裝面的彎曲變形，保證動(dòng)定模板間的平行度，達(dá)到使模具受力均衡，保護(hù)模具，減少不必要能耗損失的目標(biāo)。

　　　　　　　　　　模板有限元分析示意圖二
? 　根據(jù)優(yōu)化方案的描述，建立動(dòng)定模板的三維模型。依然采用四分之一的模型進(jìn)行有限元分析，對優(yōu)化后的動(dòng)定模板施加于優(yōu)化前相同的約束及載荷，得到的分析情況如下：定模板的變形主要在主體與導(dǎo)桿螺母接觸的區(qū)域，且此區(qū)域也是整個(gè)模板中拉伸應(yīng)力集中的地方，**值為108Mpa。由于與主體分離，模具安裝體受到主體變形區(qū)域的影響很少，基本上只產(chǎn)生合模時(shí)模具對其表面的擠壓變形。優(yōu)化后的動(dòng)模板，變形主要在主體與曲肘相連的部分。由于合模時(shí)，此部分容易在合模力作用下發(fā)生變形，凹向模板內(nèi)側(cè)，從而導(dǎo)致連接上下曲肘的加強(qiáng)筋產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，**值達(dá)110Mpa。同時(shí)，由于此部分消耗了大部分變形能，繼而使模具安裝體變形減少，主形變線在Z向的位移量幅度為0.079mm。
　　下表為優(yōu)化前后模板參數(shù)的對比結(jié)果：

　　從有限元分析的結(jié)果可以看到，優(yōu)化后的動(dòng)定模板在**合模力時(shí)，模具安裝面上的變形大大減少，更好更容易地滿足行業(yè)對模板間平行度的規(guī)定。本文通過對傳統(tǒng)曲肘合模機(jī)構(gòu)動(dòng)定模板受力及變形的有限元分析，指出模板表面變形容易導(dǎo)致產(chǎn)品在加工過程中出現(xiàn)飛邊形象，并針對此提出模板結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，以減少模板表面變形，使模具在產(chǎn)品加工過程中受力均衡，從而達(dá)到保護(hù)模具，減少能耗的目標(biāo)。
　?。ㄗⅲ撼砀裢獗疚膶?shí)際分析圖未收入文中，其他為示意圖）。 ?

作者：蘇嘉朗