基于SolidworksSimulation的压铸机头板疲劳分析

0 引言

    近年来，随着压铸工业不断快速发展，国内压铸企业在引进国外先进技术的同时，也在不断地进行技术创新，提高压铸机的工作性能。机器和结构部件的失效大多数是由于发生疲劳造成的，而压铸机为动载工况下的加工机械，其零部件80%以上为疲劳破坏，因此，对于压铸机的疲劳分析及寿命估计是至关重要的。

    头板是压铸机最重要的零件之一，在工作中受到交变载荷的作用，在开合模运动过程中不断产生冲击，经过一定的循环次数以后容易产生疲劳破坏。

    本研究基于 Simulation软件对头板进行疲劳分析，预测头板的疲劳寿命并改进头板结构，实现头板的优化设计。

1 理论基础

    Simulation是一款基于有限元（即FEA数值）技术的设计分析软件，它能直接在二维建模界面里完成其设计方案的分析工作，为用户得到高质量分析结果提供简单而高效的方法，同时满足高端用户在简单的FEA软件中实现完全的分析控制的需求。Simulation -般包括前处理，求解和后处理3个部分，即几何模型的建立、定义材料属性、加载、网格的划分、求解和结果分析。它基于应力-寿命(S-N)的方法进行疲劳分析，其中含有一些有限元基本理论：

    (1)单轴应力-寿命：

    (2)单轴应变-寿命曲线：

    式中σ_f＇——疲劳强度系数；ε_f＇——疲劳延展系数；b——疲劳强度指数；c——疲劳延展指数；E——弹性模量。

    (3)单轴应力的应变-寿命：

    (4)Von Mises应变：

2 三维模型的建立

    本研究建立了160t型号压铸机头板的三维几何模型，如图1所示，并忽略头板上一些对整体受力影响不大的小孔，对其进行简化。

    图1 头板三维几何模型 3 静态分析

    在进行结构疲劳分析前，必须对头板进行静态有限元分析。

    (1)定义头板材料为45钢，其中弹性模量E=205GPa，泊松比为0.29，屈服强度和张力强度分别为355MPa和600MPa，选取材料的疲劳S-N曲线（如图2所示），插值选择双对数，应力比率R=-1；

    图2 45钢材料的S-N曲线