负后角型注塑机合模装置的分析与优化

论文摘要

合模装置是塑料注射成型机械(注塑机)的重要组成部份,同时也是注塑机生产与工作中主要的能源与材料的消耗对象。因此,合模装置的设计水平很大程度上决定了该产品在市场中的竞争能力。随着市场发展方向的转型,绿色节能的注塑机成为了主流,多年来,国内行业在这方面的研究工作虽然取得了一些成果,但与国际水平相比,在设计水平与方法上仍显得相对不足。同时为了落实国家中长期科学和技术发展规划纲要中关于“坚持节能优先,降低能耗”的发展思路,以及对引进技术的消化、吸收与再创新的相关政策。本文集中从注塑机合模装置的肘杆机构与模板两个方面分别研究并讨论了其节能优化与减少耗材降低成本的方法及相关技术的应用。第一部分主要针对“负后角型”的肘杆机构进行几何与运动分析,应用MATLAB软件对其进行了尺寸参数优化计算编程及图形用户界面设计,为行业设计人员提供了一套方便可行的肘杆机构设计程序。同时利用Pro/ENGINEER软件建立注塑机合模机构装配模型,并对其进行了三维运动分析,对比两种结构的肘杆机构在运动与力学性能上的优异。为行业设计人员在肘杆式合模机构的选型上提供了性能分析的依据。第二部分主要是对注塑机的主要原材料消耗对象：前模板、动模板与后模板进行结构优化以通过减少钢材消耗,从而降低生产成本。其中工作包括了对各模板进行结构静应力分析、拓扑优化以及疲劳与可靠性分析,并讨论了以上各种分析理论及方法。通过上述分析与优化工作,基本达到了使模板耗材减少10%左右的目标,并同时保证了模板在工作中的强度、刚度及疲劳性能,为行业设计人员在注塑机模板的结构设计中提供了可靠的方法及依据。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 第1章 绪论
• 1.1 注塑机的发展现状及趋势
• 1.2 注塑机合模装置概述
• 1.2.1 合模装置的形式
• 1.2.2 合模装置存在的主要问题
• 1.3 课题的目的与意义
• 1.4 国内外研究进展
• 1.4.1 肘杆机构的优化研究
• 1.4.2 模板的结构优化研究
• 1.5 论文的主要内容
• 第2章 主要分析理论及应用软件
• 2.1 最优化方法
• 2.1.1 非线性规划
• 2.1.2 多目标规划
• 2.1.3 MATLAB软件简介
• 2.2 有限元理论
• 2.2.1 有限元基本分析方法
• 2.2.2 ANSYS软件简介
• 2.3 拓扑优化理论
• 2.3.1 结构拓扑优化问题的描述
• 2.3.2 结构拓扑优化算法
• 2.4 疲劳分析理论
• 2.4.1 疲劳强度设计方法
• 2.4.2 ANSYS/FE-SAFE软件简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 负后角肘杆机构的分析及优化
• 3.1 力学模型建立
• 3.1.1 结构几何分析
• 3.1.2 运动与力学特性分析
• 3.2 尺寸参数优化
• 3.2.1 优化目标
• 3.2.2 约束条件
• 3.2.3 优化方法
• 3.2.4 优化结果及讨论
• 3.3 本章小结
• 第4章 图形用户界面程序建立及三维运动仿真
• 4.1 图形用户界面的建立
• 4.2 图形用户界面的操作
• 4.3 三维运动分析
• 4.3.1 三维组装模型的建立
• 4.3.2 速度特性分析
• 4.3.3 加速度特性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 模板的有限元结构分析
• 5.1 模板的有限元模型建立
• 5.1.1 材料属性定义及单元网格划分
• 5.1.2 模型的边界条件定义
• 5.2 应力与变形分析结果
• 5.3 应力强度及挠度校核
• 5.4 本章小结
• 第6章 模板的拓扑优化
• 6.1 拓扑优化理论模型
• 6.2 模板的拓扑优化计算
• 6.3 改进方案的建立及分析
• 6.3.1 模型重建与静力分析
• 6.3.2 结果对比及讨论
• 6.4 组装分析及对比
• 6.4.1 组装模型的网格划分与边界条件
• 6.4.2 组装模型的应力与变形分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 模板的疲劳与可靠性分析
• 7.1 常规疲劳设计方法
• 7.2 ANSYS/FE-SAFE疲劳分析
• 7.2.1 疲劳数据及分析准则
• 7.2.2 疲劳寿命与安全系数
• 7.2.3 可靠性分析
• 7.3 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 论文总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录A 负后角型肘机构的穷举搜索法优化程序
• 附录B 负后角型肘机构模型1的非线性规划优化程序
• 附录C 负后角型肘机构模型2的非线性规划优化程序
• 附录D 负后角型肘机构模型3的多目标规划优化程序
• 研究生期间发表的论文
• 研究生期间参与并完成的研究项目