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一、引言
注塑机的合模机构主要负责模具的固定、启闭以及为模具提供必要的合模力。传统注塑机模板的设计，一般以在满足设计所需合模力的前提下，模板不发生开裂为准则。这样的设计理念，往往是忽略模板表面变形对合模力的影响。而在实际生产中，正是由于模板表面的变形，使合模力下降和模具受力不均，从而导致塑料产品在成型过程中发生飞边、模具受损及能耗增大等情况。基于上述问题的出现，本文将对传统合模机构模板的受力及变形进行有限元分析，并提出新的结构优化方案，以达到改善产品飞边，保护模具及减少不必要能耗损失的目标。
二、传统合模机构模板的受力变形分析
注塑机的合模机构一般分为曲肘式和直亚式。曲肘式合模机构，是通过肘杆及拉杆的变形产生合模力。而直亚式合模机构，是合模油缸直接提供合模力。由于两者产生合模力的原理不同，故模板的受力变形有很大的差异。
曲肘式合模机构的动模板中心承受着模具的反作用力，而其上下又有肘杆传递过来的变形力。由于两力大小相等，方向相反，但不在同一直线上，这使得动模板发生弯曲变形，定模板的受力变形情况也相类似。由于动、定模板表面发生变形而导致模板两端面的平行度降低，模具受力不均，锁模力下降，产品出现飞边。客户根据产品飞边现象，盲目增大合模力，**终致使模板变形加剧，模具局部受力过大，甚至损坏。反观直亚式的合模机构，合模油缸所施加的合模力与模具的反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上，故动模板的变形小，但定模板的变形问题仍然存在，模具受力不均衡的情况仍得不到有效的改善。
三、优化前动定模板的有限元分析
由于模板受力通常都是对称分布，所以我们在有限元分析时，一般只对模板的四分之一进行处理，并忽略码模孔及小孔等特征。这样可以减少计算机分析的时间，提高设计效率。同时，COSMOSWorks提供了多组件的复杂装配分析，从而大大简化工程师的劳动，使得分析能更好的模拟真实情况，提高结果的精度。
本文着重于动定模板受力及变形的有限元分析，所以在装配模型的处理结果中隐藏了导柱和模具的数据。根据**对球墨铸铁的一般验收标准只对抗拉强度和延伸率有所规定，故在应力分析结果中通常选择“**主要应力（P1）”。另外，在通过探测主要变线在Z方向（与模具受力方向相同）的位移量，可以清楚直观地了解模板面的变形情况。
有限元分析变形量示意图一
定模板的拉伸应力主要集中在导柱孔与模具定位孔中心连线的加强筋上，与实际生产中模板发生开裂的地方相吻合，**值为107Mpa；主形变线在Z方向的位移量幅度为0.155mm。而动模板的拉伸应力**值出现在连接上下曲肘的加强筋上，达103Mpa；主形变线在Z方向的位移量幅度为0.236mm，且形变主要出现在模具安装面与曲肘相连的部分。**对QT500-7A的力学性能规定，其抗拉强度应大于或等于500Mpa，故动定模板的安全系数大约均为4.67，完全满足工程机械设计要求。但橡塑机械**标准规定，注塑机在**合模力时，动定模板间的平行度必须小于或等于0.2mm。若采用四点测量的方法，动定模板的平行度明显不能满足规定。
四、动定模板结构的优化及其有限元分析
曲肘及导杆变形所产生的合模力直接传递到模具的安装面且与模板中心受力不在同一直线上，是造成该面发生弯曲变形的主要因素。针对这一问题，在优化方案中把模板分为两个部分：主体及模具安装体；而两者之间由一过渡部分相连。主体负责承受机构合模力，产生形变及消耗部分应变能，从而减少对模具安装体变形的影响。此时，模板中间的受力形式与直压式相类似，从而减少模具安装面的弯曲变形，保证动定模板间的平行度，达到使模具受力均衡，保护模具，减少不必要能耗损失的目标。
模板有限元分析示意图二
根据优化方案的描述，建立动定模板的三维模型。依然采用四分之一的模型进行有限元分析，对优化后的动定模板施加于优化前相同的约束及载荷，得到的分析情况如下：定模板的变形主要在主体与导杆螺母接触的区域，且此区域也是整个模板中拉伸应力集中的地方，**值为108Mpa。由于与主体分离，模具安装体受到主体变形区域的影响很少，基本上只产生合模时模具对其表面的挤压变形。优化后的动模板，变形主要在主体与曲肘相连的部分。由于合模时，此部分容易在合模力作用下发生变形，凹向模板内侧，从而导致连接上下曲肘的加强筋产生较大的拉伸应力，**值达110Mpa。同时，由于此部分消耗了大部分变形能，继而使模具安装体变形减少，主形变线在Z向的位移量幅度为0.079mm。
下表为优化前后模板参数的对比结果：
从有限元分析的结果可以看到，优化后的动定模板在**合模力时，模具安装面上的变形大大减少，更好更容易地满足行业对模板间平行度的规定。本文通过对传统曲肘合模机构动定模板受力及变形的有限元分析，指出模板表面变形容易导致产品在加工过程中出现飞边形象，并针对此提出模板结构优化方案，以减少模板表面变形，使模具在产品加工过程中受力均衡，从而达到保护模具，减少能耗的目标。
（注：除表格外本文实际分析图未收入文中，其他为示意图）。
作者：苏嘉朗
