模具FEM分析,模具结构强度疲劳分析

业务内容:

塑胶、压铸模具FEM分析、模具结构强度优化、模具方案开发、产品研发端cae分析、模具成型端有限元分析工程服务、制造问题解决改善、有限元分析软件销售


模具FEM分析应用价值:

  靠着经验猜的传统方式已经跟不上国际形势,“设计一加工一装配一试模一修模一N次再试模”的生产方,表现为精度较低、寿命较短、设计制造周期较长、成本较高等劣势,严重削弱了我国高端模具在国际市场上的竞争力。

来看看乐图利用有限元分析技术在模具制造中的应用实践,如何提高模具使用寿命。


模具FEM分析案例:

模具结构强度分析1:问题:模具疲劳开裂(内模仁开裂)

模具开裂 

  从上图可以看出来模具出现局部开裂问题,模具在注塑过程中,往往没有达到设计寿命就出现破坏,如生产预设的寿命为30万次,实际情况20万次就出现了开裂。这是典型的疲劳破坏问题。这直接导致模具无法使用。严重影响整套模具的使用寿命,增加模具的使用维修成本,大大降低制品生产厂家的生产效率,因此研究如何提高模具零件的强度具有重要意义。


有限元仿真分析结果,传热分析:

模具热应力分析结果 

热固耦合分析结果:

模具FEM分析,模具结构强度疲劳分析(图3) 

腔体内壁应力基本上在400MPa左右,局部开孔位置应力有1144MPa,材料“Cr-Mosteel SAE4142_400_QT”的极限强度为1550MPa,所以腔体的静强度是满足要求的!

模具热应力分析结果2 

疲劳分析结果

模具疲劳分析结果 

腔体内壁疲劳理论上是满足要求的。但使用17.81万次后,冷却孔位置首先出现疲劳破坏,随后破坏会沿着开孔方向发展,从而造成了整个腔体内壁的疲劳破坏。


结论:

1.模具腔体的静强度满足要求。

2.模具腔体首先在冷却孔位置出现破坏,后来发展到整个腔体壁。

3.在疲劳分析中发现,压强设置为变量,强度和疲劳会得出不同的结果。压强130MPa时,寿命为32.77万次,疲劳出现的原因主要是保压压强太高导致。


模具结构强度分析2:

热应力分析内容:

1)模具温度分析:前模和后模的详细温度分布 

模具温度分析结果   模具温度分析结果2 

2)母模主要部位应力云图:在母模内腔的四个角位置处应力较大,最大应力为1718.5MPa,应力较大。四个角位置较危险,有破坏风险。 

模具应力分析结果   模具应力分析结果2

3)公模主要部位应力云图:公模边缘槽内一端应力较大,最大应力为2650MPa,有破损风险。 

 模具应力分析结果-公模  模具应力分析结果剖面   

4)其他部件应力云图:其他顶出机构局部位置应力集中,最大应力为1366Mpa 

模具顶针应力分析结果 

5)母模内腔一侧疲劳寿命云图:侧较危险,最小寿命为4254次。有疲劳破坏风险。 

模具疲劳分析结果 模具疲劳分析结果2

母模内腔另一侧疲劳寿命云图:该侧最小寿命为27.5万次。

模具疲劳分析结果3模具疲劳分析结果5 

6)公模疲劳寿命云图:公模周边内槽疲劳寿命比较低,有疲劳破坏风险。 

模具疲劳分析结果公模 


总结 

1.通过仿真找出该模具结构的危险区域。 

2.对两处危险区域,分析得出疲劳寿命分别为4254和27.5w次。 

3.结构优化建议: 

建议在危险区域减小开孔大小或倒圆角; 

优化该处接触面形状,以减小局部应力集中。

4.工艺优化建议:高应力幅往往是导致疲劳失效的主要原因,所以降低注塑过程中的峰值压强能有效的提高模具结构的寿命。 


模具结构强度分析应用案例3-(滑块变形断裂):

问题:在实际的生产中,此滑块在成型的过程中有变形,影响产品卡扣的尺寸,最后内滑块断裂,大范围修改模具结构。

滑块三维图 滑块边界条件 

原方案有限元分析结果: 

 滑块应力分析 

模具最大应力出现在卡扣处,最大应力为1046MPA>材料屈服极限1000MPa,不符合要求。


原方案有限元分析结果-内部卡扣

 滑块应力分析2 

最大应力出现在内部卡扣,最大应力为1046MPA>材料屈服极限1000MPa,不符合要求。
优化建议:改进模具结构如下图。

滑块三维图2 

优化方案有限元分析结果: 

滑块应力分析 

改进后的模型最大应力值为482.48MPa,安全系数:1000/482.48=2.07,符合要求。改进后的模具在使用过程中再没有出现问题。

模具图片1  在我国,模具工业被称为“工业之母”,随着工业生产的快速增长,它已成为国家重点支持的高新技术产业。靠着经验猜的传统方式“设计一加工一装配一试模一修模一N次再试模”的生产方式设计制造模具,与国外先进发达国家相比,国内模具表现出精度较低、寿命较短、设计制造周期较长、成本较高等劣势,严重削弱了我国高端模具在国际市场上的竞争力。

  由于工作条件极为复杂,合模状态下整个模具承受锁模力作用,强大的预应力将使模架、行位等其他结构镶件产生预变形,这些变形会将斜推杆包裹在对斜推杆起导向作用的模板滑槽内,工作过程中模具温度较高且变化幅度较大,也会使斜推杆产生内部热应力,润滑不良会增大斜推杆与导滑槽的摩擦力,不利于斜推杆被顺利推出完成抽芯运动,由于制造加工、装配等方面的因素也会造成斜推杆在导滑槽内运动受阻。一旦斜推杆运动受阻,轻则加速斜推杆的磨损烧蚀,重则出现压弯甚至折断现象,严重影响整套模具的使用寿命,增加模具的使用维修成本,大大降低制品生产厂家的生产效率,因此研究如何提高模具机构的强度具有重要意义。


FEM分析收费标准:

依据具体技术要求情况核算报价,由于模具结构差异性以及测试项目各有不同,涉及有限元分析类型、其难度系数差异性,无法统一标准项目价格。以顾客需求为导向,为每一位顾客制定推荐最适合的产品方案。诚信为重,品质至上,用心服务,赢得信赖。


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