结构CAE技术在模具设计校核中的应用.pdf

$读者信箱$

结构!"#技术在模具设计校核中的应用

张夕琴$张金标

$$内蒙读者张勇来信，希望本刊能介绍一些有关对冷挤压模、压铸模的强度，刚度等快速、准确的校核方法。
摘要$结合近年来的实际工程经验，介绍%&软件结构!"#技术在模具设计校核中的应用。
关键词：结构%&’$模具设计$校核
中图分类号：’&()$文献标识码：*$文章编号：+)(+—,+,,（-../）.0—.++0—.,

大，应用结构!"#技术可以对所设计模具进行结构性
结构技术概述
+$!"#校核，在设计阶段中及时改善模具结构，大大提高模具
的一次试模成功率。应用结构技术进行模具设
结构!"#技术主要是应用有限元法，通过给定条!"#
件如材料属性、负载条件、边界条件、装配连接设定等，计的一般步骤如图+所示。
对结构进行力学、热学的分析及诊断，提供给用户具
体、形象的数据表达形式，提供结构设计校核数据。

有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对图+$应用结构!"#技术的模具设计的一般步骤
象的离散化、有限元求解、分析计算结果的处理三部
分。分析对象的自动离散及分析计算结果的计算机可,$应用%&软件结构!"#技术进行冷挤压模
视化显示技术得到很好的发展，对象的离散从手工到具强度校核
半自动到全自动，从简单对象的单维单一网格到复杂
如所示是冷挤压花键套工序件简图，材料钢，
对象的多维多种网格单元，从单一材料到多种材料，从$$-+/
规格为，此工序件采用冷挤压
单纯的离散到自适应离散，从对象的性能校核到自动):-,;;<-=;;<);;
一次成型，计算所需坯料尺寸为。
自适应动态设计、分析。计算结果的可视化显示可对!>.;;<-.?);;
应力、应变和温度等场的静动态显示、彩色调色显示，
也可对受载对象可能出现缺陷（裂纹等）的位置、形
状、大小及其可能波及区域等进行显示。

-$结构!"#技术在模具设计中的应用

模具常常工作在高压、高温的工况下，如冷挤压模
具工作在高压状态下，热锻模具工作在高压、高温状态
下，强度与稳态校核显得很重要；压铸模具、塑料成型
图-$冷挤压工序件简图
模具工作在高压、高温状态下，模具结构的刚度与热力
模具工作部分基本结构中凸模与凹模组合，如图
性校核显得很重要等。有必要弄清模具的工作状况并
,所示。经计算得到，模具受到的最大单位挤压应力
进行模具的强度、刚度等校核，使模具能安全、长寿命
为+(=.34@，在此压力下，凹模+采用三层预应力组合
的工作，保证成形产品的质量。
凹模，内圈+与中圈-，中圈-与外圈,的单面过盈量
传统的模具设计主要是根据设计资料和设计人员
均为.?,-;;。凸模材料采用A)36/!5>B-，凹模内圈
的经验来进行，校核计算往往进行得粗略且不全面，不
采用9&-.；中圈采用>.!5（>-C>>DE!）；外圈采用
能精确反映模具的实际工况。虽然!"12!"3技术在
>.!5（,=C>.DE!）。
模具设计制造中得到了广泛的应用，但其优越性仅体
在冷挤压模具设计中，模具强度需得到可靠的保
现在设计、加工效率与精度上，对模具的结构性设计及
证，因此必须对模具零件进行严格的强度校核计算。
其校核却往往无能为力。成品模具常常需要多次试
在此采用%&软件的结构!"#模块功能对凸模和凹
验、返修与改进，甚至造成模具的报废，损失很大。如
模组合进行强度校核计算。
今大型软件系统（如、等）
!"12!"#2!"3%&4562#对于凸模，分别赋予材料属性、负载条件、边界条
和专门软件系统（如等）功能越来越强
!"#"7898件，并对凸模进行有限元网格划分等，给定条件后进行

现代制造工程!""#（$）0++
"读者信箱"

图!"冷挤压花键套模具
图’"凹模中圈预应力分析
#$凹模内圈"%$中圈"!$外圈"&$推杆"’$垫块
求解运算，结果如图&所示，用不同颜色或其他方式可
观察出凸模各处的应力值。其最大压应力值为
!()#*+,。

图2"组合凹模应力状态分析
修改设计方案，修改后的方案有必要再一次运用结构
-./进行校核。
图&"凸模有限元网格划分根据理论公式，三层组合式凹模的最大等效应力
!3（"!4#5&）0$’［$#$)（#5#5%）］，式中"为单位挤
对于凹模组合的校核计算，首先要确定预应力的!
压应力，#为凹模直径比。根据计算得其值为
值。其可以根据过盈量的数值，通过结构-./分析来
#)#(*+,，经分析得出的内圈凹模所受最大应力
获得。首先假定预应力的值，由结构-./得出变形
#(%&*+,与其比较，误差为’$#6，认为分析基本可
量，看是否与过盈量吻合，如此反复，可得出正确预应
靠。
力的值。经此方法求出中圈与内圈的变形量分配为
0$%&11与0$0)11；考虑到中圈外缘变形量为&"应用78软件结构-