如何降低中空板周轉箱的生產成本

    目前國內外對周轉箱的結構設計一般是由經驗得出的尺寸標準和范圍確定的，通過試驗發現問題再對設計方案加以改進。一般來說，產品的尺寸及相關結構要素的組合對產品的力學安全性的影響最大，傳統的方法并不能確定它們的影響情況。因此，采用有限元分析法對產品進行強度、剛度檢驗，估算承載能力及對產品的設計進行優化是必要的，也是有效的。本文運用Pro/E 2. 0軟件建立了中空板周轉箱的3D實體模型，應用ANSYS對箱體的結構進行有限元分析，得出各結構因素對周轉箱強度的影響，為周轉箱的改進設計提供依據。

    中空板周轉箱的結構比較復雜，使得模型的建立、求解和分析大都比較困難，因此在討論結構強度影響因素的時候可以對模型適當簡化，其他條件相同，討論其中一個參數如高度、長寬比、厚度等對其應力分布的影響，得到周轉箱的力學特性和參數最優值，完成周轉箱改進設計。

1、首先我們要建立幾何模型

    我們選用的是東莞市潤鵬中空板制品廠生產的果蔬周轉箱。結構參數為:長440 mm，寬300 mm，高240 mm，壁厚2 mm。由于周轉箱結構比較復雜，同時在分析過程中需要不斷修改尺寸，因此首先在Pro/ E里建模，再導入ANSYS中進行網格劃分。周轉箱模型如圖1所示。

    中空板周轉箱最大應力發生在四個拐角處(見下圖)，即三個面相交處，說明在拐角處容易產生應力集中，由于材料是在靜載條件下，而且使用的是塑性材料，從圖中可看出應力集中的影響很小，且建模時對小圓角部位進行了簡化，也產生了一些影響，因此暫不考慮圓角處應力集中。

    其余部位受力較均勻，應力相對比較大的位置在加強筋處，說明對于箱類塑料包裝容器，加強筋是提高強度和剛性的重要因素。正常工作壓力下，不考慮應力集中影響，周轉箱大部分所受的應力值都小于4 MPa，遠小于材料的許用應力13.5MPa，說明材料抵抗破壞的能力還有很大潛力，周轉箱結構有很大的改進空間，整個箱體設計趨于保守。因此，為節省材料，降低成本，分析各結構參數對周轉箱強度影響，對其進行改進設計是很有必要的。

3周轉箱結構改進設計

    根據分析結果，為節省材料，降低成本，對箱體的結構尺寸做進一步的改進。改進后周轉箱尺寸如下:長450 mm，寬300 mm，高240 mm，脫模斜度為10，加強筋尺寸為厚度t1= 1 mm，高h1= 8 mm圓角半徑為8 mm。將改進后的模型進行有限元分析。

    箱體最大變形量為3. 587 mm，所受的最大應力為9. 658 MPa，仍在材料的許用范圍之內，箱體的質量由0.92 kg減少到0. 71 kg，減少了0. 21 kg的制造材料，使中空板周轉箱廠家的材料成本降低了近22. 83 % 。

    在Pro /E 2. 0平臺上建立周轉箱的三維模型，通過數據轉換導入ANSYS 10. 0中，對周轉箱結構進行了應力分析。

    由分析結果可以看出，周轉箱最易發生應力集中的部位是四個拐角處，因此選擇合適的過渡圓角是減小應力集中的關鍵;周轉箱承受力的主要部位是加強筋，說明加強筋的合理設計是提高周轉箱強度的關鍵。

    根據分析結果，對箱體進行了改進設計，使之在保證安全可靠的同時，節約材料，降低成本。