二板式注塑机合模装置结构仿真及性能研究
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注塑机是完成注塑成型的主要设备,合模装置是注塑机实现注塑功能的主要组成部分。随着液压及电气控制技术的发展进步,以及人们对注塑制品质量的日益重视,研制安全可靠、精密高效、重量轻的高性能合模装置是可行的,也是必行的,具有十分重大的意义。本文以BM120-E内循环二板直压式注塑机合模装置为研究对象,以基于有限元理论的静力学仿真计算为理论基础,结合实验测试手段,对二板式合模装置的结构与性能展开研究。本文首先介绍了注塑机合模装置的主要结构型式、对应的优缺点及目前相关技术领域的研究进展,阐述了二板式注塑机的市场前景及发展状况。其次,基于接触问题有限元法基本理论,采用ANSYS Workbench软件对BM120-E注塑机二板式合模装置进行整体静力学分析,探究其锁模状态下的变形及应力分布情况。同时依据锁模封闭力线下的变形条件,建立了合模装置的整体刚度模型。再次,基于实际使用情况与静力分析结果,选择拉杆为研究对象,进行可靠性设计及抗疲劳分析,计算结果验证了拉杆相对薄弱、容易断裂,同时显示了拉杆疲劳失效的原因。然后,为改善拉杆受力情况,以提高合模装置刚度为主要目标,提出了合模装置重要零部件优化方案。对动模板进行拓扑优化,优化结果显示优化后最大变形量下降了16.09%,材料用量减少17.15%。对定模板进行参数优化,以变形量最小为优先目标,结果显示优化后最大变形量减小了22.2%,最大应力值减小了7.13%,但材料用量增大了8.62%。此后,在国家标准的基础上,提出基于激光干涉技术的模板平行度测试方案,并总结了实际情况下模板的相对变形规律。最后,采用Kistler采集系统对锁模装置的锁模特性进行测试,分析了二板式合模装置的锁模力均匀性与锁模力重复性。同时研究了锁模油缸油压在开合模周期内的变化规律及影响因素,对内循环二板式合模装置的锁模油缸液压系统进行了评价。以上工作为内循环二板式注塑机的设计及优化提供依据,对二板式合模机构的改进具有实际意义。
摘要 | 第5-6页 |
Abstract | 第6-7页 |
第一章 绪论 | 第11-24页 |
1.1 研究背景 | 第11-12页 |
1.2 合模机构简介 | 第12-17页 |
1.2.1 肘杆式合模机构 | 第13-14页 |
1.2.2 二板式合模机构 | 第14-17页 |
1.3 合模机构的优化研究 | 第17-21页 |
1.3.1 肘杆式合模机构的研究 | 第17-19页 |
1.3.2 二板式合模机构的研究 | 第19-20页 |
1.3.3 关键零部件研究 | 第20-21页 |
1.4 论文研究目的、意义及主要内容 | 第21-23页 |
1.4.1 论文研究目的、意义 | 第21-22页 |
1.4.2 论文研究内容 | 第22-23页 |
1.5 本章小结 | 第23-24页 |
第二章 锁模机构整体分析 | 第24-42页 |
2.1 基于 ANSYS 的有限元分析 | 第24-28页 |
2.1.1 有限元分析理论 | 第24-28页 |
2.1.2 ANSYS 软件介绍 | 第28页 |
2.2 结构静力学分析 | 第28-29页 |
2.3 锁模机构整体分析 | 第29-37页 |
2.3.1 三维建模方案 | 第29-30页 |
2.3.2 模型导入及材料设置 | 第30-31页 |
2.3.3 网格划分 | 第31-32页 |
2.3.4 定义边界条件、约束及载荷 | 第32-33页 |
2.3.5 有限元计算及结果分析 | 第33-37页 |
2.4 二板式合模装置整体刚度模型 | 第37-41页 |
2.5 本章小结 | 第41-42页 |
第三章 锁模机构可靠性设计及抗疲劳分析 | 第42-58页 |
3.1 纯拉伸作用下的拉杆 FEM 分析 | 第42-43页 |
3.2 拉杆的抗疲劳设计 | 第43-53页 |
3.2.1 抗疲劳设计方法 | 第43-44页 |
3.2.2 基本概念 | 第44-45页 |
3.2.3 对称循环下零件的 S-N 曲线 | 第45-50页 |
3.2.4 非对称循环下的有限寿命设计 | 第50-53页 |
3.3 基于 ANSYS Workbench 的动模板疲劳分析 | 第53-57页 |
3.3.1 ANSYS Workbench 的疲劳分析 | 第54页 |
3.3.2 动模板疲劳分析 | 第54-57页 |
3.4 本章小结 | 第57-58页 |
第四章 关键零部件有限元分析及优化 | 第58-77页 |
4.1 拓扑优化 | 第58-60页 |
4.1.1 拓扑优化理论 | 第58页 |
4.1.2 ANSYS Workbench 中的拓扑优化 | 第58-60页 |
4.2 动模板静力分析 | 第60-62页 |
4.2.1 前处理 | 第60页 |
4.2.2 求解及结果分析 | 第60-62页 |
4.3 动模板拓扑优化 | 第62-66页 |
4.3.1 不同材料去除量的优化结构 | 第62-64页 |
4.3.2 动模板拓扑优化结果分析 | 第64-66页 |
4.4 定模板静力分析 | 第66-67页 |
4.5 定模板参数优化 | 第67-76页 |
4.5.1 基于 ANSYS Workbench 的参数优化理论及方法 | 第67-69页 |
4.5.2 定模板模型的参数化 | 第69-71页 |
4.5.3 输入参数的敏感性计算 | 第71-73页 |
4.5.4 多目标优化 | 第73-76页 |
4.6 本章小结 | 第76-77页 |
第五章 二板式注塑机模板平行度研究 | 第77-93页 |
5.1 常规标准下的模板平行度检测 | 第77-79页 |
5.2 模板锁模形变测试 | 第79-81页 |
5.2.1 测试设备 | 第79页 |
5.2.2 测试结果 | 第79-81页 |
5.3 锁模时模板角度变化 | 第81-92页 |
5.3.1 移模段 | 第83-85页 |
5.3.2 扭摆角度变化 | 第85-90页 |
5.3.3 俯仰角度变化 | 第90-91页 |
5.3.4 模板角度变化规律 | 第91-92页 |
5.4 本章小结 | 第92-93页 |
第六章 二板式合模装置锁模特性研究 | 第93-112页 |
6.1 拉杆受力均衡性 | 第93-99页 |
6.1.1 测试设备 | 第93-94页 |
6.1.2 拉杆受力偏载率 | 第94-97页 |
6.1.3 拉杆受力不均匀性 | 第97页 |
6.1.4 拉杆内外应变量 | 第97-99页 |
6.2 锁模力重复精度 | 第99-101页 |
6.3 锁模油压分析 | 第101-111页 |
6.3.1 锁模压力可调性 | 第101-104页 |
6.3.2 锁模油压与注射参数 | 第104-108页 |
6.3.3 液压系统冲击 | 第108-109页 |
6.3.4 锁模油压重复性 | 第109-110页 |
6.3.5 锁模油缸整压性能 | 第110-111页 |
6.4 本章小结 | 第111-112页 |
结论与展望 | 第112-114页 |
参考文献 | 第114-120页 |
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果 | 第120-121页 |
致谢 | 第121-122页 |
答辩委员会对论文的评定意见 | 第122页 |
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