全自动激光去溢料机推料板有限元分析

周琦

摘要：机械零部件的设计中采用虚拟样机技术，对其结构强度和振动进行分析研究，有助于提升设计的准确性。使用Solidworks软件对全自动激光去溢料机的推料板零件进行应力分析和疲劳分析，验证结构设计的合理性和零件的使用寿命。通过模态分析研究零件产生共振破坏的部位并加以分析以保证其在使用过程中不会发生此类现象。通过有限元分析的方法进行机械零部件的设计，能够有效的降低设备研发周期和成本，也为后续设备中其余零部件的设计研发奠定了一定的理论与实践基础。

Abstract： In the design of mechanical parts， the virtual prototype technology was used to analyze the structural strength and vibration， which was helpful to improve the accuracy of design. By using the Solidworks software， the stress and fatigue analysis of the push plate parts of the automatic laser de-overflow machine were carried out to verify the rationality of the structural design and the service life of the parts. And through the modal analysis， the resonance failure parts of the parts were studied and analyzed to ensure that such phenomenon will not occur in the use process. Through the finite element analysis method of mechanical parts design， can effectively reduce the equipment R & D cycle and cost， but also for the follow-up equipment design and development of the rest of the parts laid a certain theoretical and practical foundation.

关键词：Solidworks;推料板;疲劳分析;模态分析

Key words： Solidworks;pushing plate;fatigue analysis;modal analysis

中图分类号：TN249                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）22-0053-03

0  引言

随着计算机仿真技术在现代机械产品设计中的高度应用，采用有限元分析和仿真的方法，对其中关键零部件的结构和运动准确性进行验证，可以较好地缩短产品研发周期，目前已成为一种较为普遍的现代机械产品设计手段。激光切割作为激光加工技术中的一种重要应用技术，运用于集成电路芯片封装生产中的管脚溢料去除，相较于传统的模具冲裁和高压水喷淋技术，具有溢料去除率高、去除工艺简单和去溢料后芯片品质好等显著特点。项目组研发的全自动激光去溢料机，针对集成电路发展的小型化、多排和超薄等特点，采用激光切割技术实现芯片管脚溢料的完全快速切割，使得芯片管脚的零溢料成为可能，大大提高了产品品质和生产效率。通过使用三维设计软件对全自动激光去溢料机的关键零件进行有限元分析，验证零件设计结构的强度、寿命和可靠性，能够较好的保证设计准确性和研发效率。本文使用Solidworks软件对全自动激光去溢料机的推料板零件进行了静应力分析、疲劳分析和模态分析，验证零件的结构强度、使用寿命和共振频率，以此保证零件设计具有较好的准确性。

1  推料板应力分析

现代机械设计中在保证零件强度和刚度的前提下，对所设计的零部件采用虚拟样机技术改进其结构布局，保证物理样机验证中的准确性的同时缩短产品研发周期，较好的降低研发成本。针对设计的推料板零件，在Solidworks软件中对其进行有限元分析，在保证其强度和刚度的前提下开展优化设计，再次通过分析验证优化的准确性，能够较好的提升产品设计的效率，具体过程如下：

①定义材料展性，选择推料板零件的材料为AISI1020钢，查表导出得到材料？籽=7900kg/m3，弹性模量E=200GPa，泊松比？滋=0.29，屈服强度？滓s=352MPa;

②设定约束条件，推料板在自动送料机构中的作用主要是在机械爪抓取集成电路板搬运至指定位置后在保证位置精度的前提下将其推送至输送带，因此设定推料板上与推杆连接的孔为约束位置;

③施加载荷，推料板的运动比较简单，即在气缸的作用下作直线往复运动，因此作用在其上的作用力主要是由气缸产生的推力，设定作用于推料板上的推力为185N;

④推料板的網格划分，设定采用自由网格划分形式，且允许网格自由过度，划分后的模型单元数为55858个，有度数为264690，节点数为88608。

通过以上四个步骤即可完成推料板零件的有限元模型构建，建立完成的推料板零件有限元模型，如图1所示。在此基础上进行零件的静应力分析计算，得到如图2所示的应力、位移和应变图。

从图中可以看出，推料板零件由于所载荷的原因，在静力作用下的应力分布均匀且最大值为0.032MPa，远远小于材料的即用屈服强度，对应所产生的最大位移发生在3个连接孔的中间，与前进最大应力布局一致，原因主要是由于结构设计中零件耳孔的尺寸设置而导致了推料板零件的厚度不均匀，但不影响零件在设备中的使用性能，无须对其进行改进。

2  推料板模态分析

在Solidworks软件的Simulation中进行了推料板零件的有限元模型分析，首先必须建立其有限元模型，在此基础上进行有限元计算，得到零件相较于频率的前5阶振动模型，具体如表1和图3所示。

在表1所示的推料板零件前5阶固有频率中，导致零件发生的固有频率在4000Hz以上，在激光去溢料机的工作过程中振动频率主要是由设备中电机和输送带传动所产生的频率，而这些频率均在50Hz左右，产生该阶段频率的可能性较小，因此，从设备正常正常运行的角度分析，推料板零件因设备运行产生共振的可能性较小，但不能排除其它潜在因素对其的影响，仍需对该零件的振动问题，及趋势开展研究。

从图3所示的推料板零件1-5阶阵型图来看，其中第1阶振型的变形主要是零件两侧的中段的前后对称弯曲，对零件的工作所产生的影响不是特别严重;第2阶阵型导致了零件后部的错位，推料板零件的结构形状发生了较大的变化，该变形可导致零件的损坏，需要避免此频率下的共振现象发生，第3、4阶阵型的变形除了前后倾斜位置的相反外其余基本一致，此两种频率下的共振变形导致了推料板形状的严重扭曲，需要避免这两种频率的产生，第5阶振型导致了推料板零件右侧宽度方向的扩张而右侧宽度的减小，对于此平板作直线运动的推料板而言，此频率下产生的共振变形就会对设备运行时零件的正常动作产生影响，需要避免。

3  结语

本文通过采用有限元分析的方法，对全自动激光去溢料機的推料板零件进行静应力分析，发现零件可能发生破坏的位置主要集中在连接件零件的固定孔两侧，但能够满足零件的使用强度要求。通过模态分析发现零件可能发生共振破坏的部位及趋势，提出改进结构以避免出现该频率下的振动。

以上方法验证了推料板零件结构设计的合理性和可靠性，也适用于设备中其他关键零部件的设计研发，以此降低研发成本、缩短研发周期，同时也为后续激光去溢料机整机虚拟样机的研究提供了一定的理论和实践依据。

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