塑料CAE设计安全系数

塑料以其质量轻、设计空间大、制造本钱低、性能优异的显著特点，成为了二十一世纪汽车、电子、家电等工业领域最好材料的选择之一。尤其是工程塑料，以其较高的拉伸强度、弯曲弹性模量、耐热性，在有承载要求的构造件中应用日益广泛。为到达预期使用寿命，工程师承受传统的思路一安全系数来设计产品。但塑料注塑件设计的失败通常发生在设计者不明白不同载荷条件下的安全系数与塑料的行为(呈现与时间、温度相关的黏塑性)的关系，以及注塑加工过程对设计强度的影响，从而导致注塑件断裂、变形的各种失效。注塑件的强度设计及推测注塑件的强度设计安全系数是衡量产品能到达预期使用寿命的力量，它给出了零件在任意操作条件下都不会失效的保证。与金属零件不同，对于塑料注塑件而言，其安全系数的设计不仅仅要考虑材料本身的性能，还应当能补偿零件从加工到成型整个过程的缺陷，以及后续使用过程的波动。(如卡扣)和压力装配的应用场合，主要利用塑料的弹性变形性能，要求塑料发生弹性变形但不能发生塑性n快速装酊肝力装配=6屈服/6许用。而对于柔性铰链的应用场所，失效形式表现为断裂，此时，材料安全系数是基于极限应力17,柔性铰链=6板限/8力越高，其安全性能越好。设计安全系数，不仅与载荷类型有关，还与塑料的力学特性(呈现与时间、温度相关的黏塑性)有关。典型载荷类型、塑料的相关性质与安全系数的不同分类如表1。1塑料特性、载荷特点与安全系数荷下零件强度主要与材料的应力应变曲线中的屈服强度有关，此时的安全系数表达为静态安全系数。固，此时，载荷表现出长期性特点。对于塑料材料而言，随着时间变化，将发生蠕变和应力松弛现象，零件承受这种载荷时应考虑塑料材料的蠕变特性来进展零件的安全系数计算，以避开发生应力断裂，或者发生应力松弛而导致协作松动。料材料的S-N特性来设计零件的安全系数。冲击安全系数：对于高速或冲击载荷(1m/s;而冲击载荷指的50m/s)，需要避开载荷施加在剩余应力或装配应力大的区域，应承受屈服强度来设计零件的安全系数。当宽度、厚度发生转变时，应承受光滑的大圆角设计来避开应力集中;加工过程安全系数，主要用来补偿注塑成型缺陷所导致的强度降低，这些注塑成型缺陷包括熔接痕、气泡、应力集中等。操作条件安全系数，主要用来补偿特别的操作条件，如贮存、运输和使用过程中的过热、过冷或过高的相对湿度、紫外线照耀、盐水浸泡、腐蚀介质环境，也就是说，耐候性条件对操作条件安全系数影响很大。对于应用在过高或过低温度的场合，应避开零件问的热膨胀系数差异过大，给与零件较大的间隙以容纳材料随温度变化的伸缩。注塑件的强度推测塑料件的强度不仅依靠于材料本身，也与零件几何外形、施加在零件上的载荷特点、注塑成型缺陷等有关。制造商对最终出货产品的检验验证，包括耐久性验证、承载力量、高温高湿测试等，格外重视。但这些性能假设等到试模样品才能进展，则风险高得多。因此，需要对注塑件的强度及其加工过程进展推测，而传统的解析计算方法对简单零件几乎难于应用。通用数值模拟软件如Ansys、Marc等，能够利用零件的3CAD模型，虚拟施加预期应用场合的载荷或其他条件后，推测出零件的动态或静态强度，更为准确地计算零件的设计安全系数，以优化零件设计。注塑件的专用模流分析Moldflow、HSCAE及Moldex等软件，能够推测塑料在注塑模具内的充填、冷却状况和由此带来的成型缺陷，包括：熔接痕、气泡、应力集中，更为准确地推测注塑缺陷所带来的安全系数损失，以优化模具设计及工艺设定，从而削减零件差错，降低生产本钱。注塑件强度的推测、验证案例注塑件的断裂验证1零件材料为ABS，在使用中间或发生断裂，为分析断裂缘由，承受Ansys软件进展构造强度分析。首先测试获得ABS2.5GPa，拉伸强度约为44MPa，承受Solidi87网格划分模型，无视冲击影响，假设载荷为静载。1断裂实物图样计算结果显示零件受力区域较小，受力较为集中，危急区域如图2、图3所示，第一危急5MPa4MPa，危急区域位置与实物断裂区相吻合。在正常静载下，不考虑Ansys本身的计算误差，零件静态(设计)8.5，似乎比较安全。2零件局部应力分布图3零件整体应力分布图但实际注射成型中，由于该两个危急区域存在熔接线以及应力集中，如图4所示。争论说明：对于脆性聚合物的熔接线融合强度系数在最正确工艺条件下在0.6～0.7以下，典型材料如材料如PSSANPMMA;对于韧性聚合物的熔接线融合强度系数在最正确工艺条件下在0.7～0.8以上，典型材料如POM、PP、PC、ABS。4零件的熔接线分布危急区域熔接线、应力集中的存在已经减弱实际强度，再加实际成型加工工艺很难保证最正确，以及载荷间或过载和实际上的微小冲击作用，导致零件发生断裂，尽管其静态设计安全系数设定比较充裕。2.2注塑件的强度推测为提高该零件的牢靠性，曾依据阅历，延长加强筋长度，如图5所示，以期提高危急区域的强度。但通过CAE构造分析觉察，更改设计第一区域最大应力5.3MPa，比原始设计的更危急，更改设计的其次区域更安全些，其最大应力约1.8MPa6、7所示。与传统阅历相反，通过CAE可以推测出更改设计方案未能显示明显的改善，并不行取。6更改设计局部应力图7更改设计整体应力图该零件因在试产阶段，模具已经完成，零件几何上的调整空间不大，因此，一方面，优化注塑工艺参数设置()，增加熔接线的熔接强度;8所示，可明显加强零件强度，同时，模具的修模格外简洁。8圆角设计小结从塑料材料、零件设计、注塑加工过程以及使用条件等层次，探讨了注塑件强度设计从塑料材料、零件设计、注塑加工过程以及使用条件等层次，探讨了注塑件强度设计的安全系