本文探討了SolidWorks和Cosmos模具結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)及有限元分析相關(guān)內(nèi)容。

　　注射模具的結(jié)構(gòu)是由注射機(jī)的形式和制件的復(fù)雜程度等因素決定的。凡是注射模具，均可分為動(dòng)模和定模兩大部分。注射時(shí)動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，開(kāi)模時(shí)動(dòng)模與定模分離，取出制件。定模安裝在注射機(jī)的固定板上，而動(dòng)模則安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板。根據(jù)模具上各個(gè)部件所起的作用，可細(xì)分為成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、分型抽芯機(jī)構(gòu)、分型抽芯機(jī)構(gòu)、螺紋型芯和芯圈的退芯機(jī)構(gòu)、冷卻和加熱機(jī)構(gòu)等部分(如圖1所示)。

　　(1)凹模的設(shè)計(jì)

　　成型塑件外表面的零件稱為凹模或型腔。凹模的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式，整體嵌人式，局部鑲嵌式，組合式等。

　　本文采用組合式凹模設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量應(yīng)下列要求:

　　①將型腔的內(nèi)形加工變?yōu)殍偧蚪M合件的外形加工。

　　②拼縫應(yīng)避開(kāi)型腔的轉(zhuǎn)角或圓弧部分，并與脫模方向一致。

　　③組合件數(shù)量力求減少，以減小對(duì)塑件外觀和尺寸精度的影響

　　④⑤易損部分應(yīng)設(shè)計(jì)為獨(dú)立的鑲拼件，易于更換

　　⑤組合件的結(jié)合面應(yīng)采用凸槽互相扣鎖，防止在塑料壓力下位移。

　　(2)型芯的設(shè)計(jì)

　　型芯的結(jié)構(gòu)形式大致有:整體式型芯、嵌入式型芯、異形型芯等結(jié)構(gòu)形式。

　　對(duì)于形狀特殊或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的型芯，需要采用組合式結(jié)構(gòu)或特殊固定形式。

　　(3)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證塑料注射模具的動(dòng)模與定模的正確定位和導(dǎo)向的重要零件。通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)回，其主要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套。由于該模具采用一次分型，故導(dǎo)柱分別安裝在定模型板和定模板上。采用二導(dǎo)柱在模板上的布置(兩個(gè)不同直徑的導(dǎo)柱)，導(dǎo)柱采用帶頭導(dǎo)柱。

　　(4)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　模具是用水冷卻最為普遍，水冷，既在模具型腔周圍和型芯內(nèi)開(kāi)設(shè)冷卻水道，使水和冷凍水在其中循環(huán)，帶走熱量維持所需的溫度。綜合上述原因，又因動(dòng)模、定模均要成型，因此，在動(dòng)模、定模上均開(kāi)設(shè)水道。為避免于涉問(wèn)題，動(dòng)模、定模上開(kāi)設(shè)的水道并不對(duì)稱。另外，為給澆駐系統(tǒng)冷卻，水道關(guān)于型腔采用左右不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

　　1模具的三維設(shè)計(jì)

　　功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks2003的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks2003成為領(lǐng)先的、一流的三維CAD解決方案。SolidWorks2003能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量SolidWorks2003不僅能提供強(qiáng)大的沒(méi)計(jì)功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。本文采用自下而上的設(shè)計(jì)方法對(duì)注塑模具的三維裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。自上而下設(shè)計(jì)方法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而下設(shè)計(jì)中，先生成零件并將其插人裝配體，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求配合零件。自下而上設(shè)計(jì)法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榱悴考仟?dú)立設(shè)計(jì)的，與自上而下設(shè)計(jì)法相比，它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡(jiǎn)單。使用自下而上設(shè)計(jì)法可以專注于單個(gè)零件的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)不需要建立控制零件大小和尺寸的參考關(guān)系時(shí)(相對(duì)于其它零件)，則此方法較為適用。注塑模具的三維裝配結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　2典型零件的有限元分析

　　對(duì)于模具零部件而言，基本上不受較大的沖擊力，只有注射時(shí)有較高的注射壓力，但在模具設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮。模具的傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)基本上是工作時(shí)問(wèn)少于停止時(shí)間，且無(wú)突然的沖擊.而模具生產(chǎn)出來(lái)的塑件透氣帕在側(cè)項(xiàng)抽芯時(shí)受到脫模力，對(duì)塑件的質(zhì)量影響較大，故進(jìn)行分析脫模力屬于摩擦力，但脫模瞬時(shí)透氣帽所受力址大。由于為瞬時(shí)力，加之大學(xué)期間所學(xué)力學(xué)知識(shí)有限，故采用靜力分析。

　　透氣帽的材料為尼龍6.是典型的塑性材料，因此采用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行分析。共主要物理性能參數(shù)如表1所示。

　　材料設(shè)置完成后，單擊約束和力進(jìn)行設(shè)置。接著進(jìn)行網(wǎng)格劃分和運(yùn)算。在網(wǎng)格劃分完成運(yùn)算之前可以查看劃分的網(wǎng)格(圖3)，透氣帽共劃分了69478個(gè)單元: ,有107757個(gè)節(jié)點(diǎn)，屬于精細(xì)劃分。

　　COSMOS/Works運(yùn)算完成后可以輸出應(yīng)力、位移、應(yīng)變、形變、設(shè)計(jì)檢查五種繪圖及相應(yīng)的模擬動(dòng)畫。應(yīng)力繪圖還可以按照不同的強(qiáng)度理論輸出各不相同的全圖、向量、剖面、等值繪圖(圖4,圖5)。由以上各圖可以看出應(yīng)力集中在透氣帽們向通孔的內(nèi)端，位移變化也集中在側(cè)向通孔的，完全不影響透氣帽的產(chǎn)品性能

　　3結(jié)論

　　根據(jù)按第三強(qiáng)度理淪分析透氣帽應(yīng)力等值線分布石圖七的分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:

　　(1)透氣帽在此工況情況下，最大等值應(yīng)力為13.4 MPa小干材料的高溫應(yīng)力142.6MPa ,這說(shuō)明如果材料為尼龍6，其強(qiáng)度余量能夠充分滿足使用要求。同時(shí)，透氣帽內(nèi)部局部應(yīng)力分布不夠均勻，有些部位(圓周等)應(yīng)力幅度變化過(guò)大，只有通過(guò)冉次對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以及改善加工工藝性來(lái)進(jìn)一步解決。

　　(2)通過(guò)綜合運(yùn)用SolidForks和Cosmos對(duì)注塑模具進(jìn)行整體三維設(shè)計(jì)和有限元分析可以看出:運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，并根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是CAD/CAM中一個(gè)強(qiáng)有利的手段。將設(shè)計(jì)和分析進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對(duì)后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工作有很大的利用價(jià)值。同時(shí)它也將更進(jìn)一步的推進(jìn)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法和產(chǎn)品目標(biāo)成本管理工程的深入實(shí)施，為企業(yè)取得更好的經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造條件。