1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 精密注塑机结构优化设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 目前在国内已经有在设计模板时引入有限元分析进行结构设计的先例，注塑机的模板，由于其宽厚比超过 0.2，属于中厚板。由于求解复杂，中厚板的弯曲问题一直是力学的一大难题，实际应用起来很困难，因此，中厚板的解析解仅仅具有理论价值，并不能直接应用在工程设计上。厚板的计算方程首先由 Resister 提出。我国研究工作者用各种方法得出了一些厚板弯曲问题的解，并具有一定的理论价值。 丁永红、徐敬一将模板简化为两 端固定的普通梁，采用有限元方法和回归分析法，提出了注塑机前、后模板新
2、的实用计算模型，提出了大型机模板还可减薄。该文献提供了由回归法得出的计算公式，但从其公式来看，并没有考虑模板结构的复杂性，尤其是模板的加强筋结构，属于经验计算，而且其公式的准确程度和工程实用价值，还有待实际生产厂家进一步检验。 丁玉梅对模板进行了有限元的比较计算，分析了筋的配置对变形的影响，得出带框交叉筋与带框米字筋的前模板为较合理的结构筋板，板厚与板高之比最好相同的结论。但由于没有前处理软件，数据的准备全为手工进行，网格的划分不够理想，计 算的精度需要进一步验证。并且，只分析了几种模板形式，所得结论不具有普遍意义。 应济、陈子辰用有限元对模板进行了受力分析，用前处理软件生成所需数据，后处理软
3、件对计算结果进行处理，并用实测数据验证了计算的准确性，提供了一种后处理软件的研制方法。当然这种后处理软件的功能与现在在各行业应用十分广泛的大型商业软件比起来显得单调。 李竞等利用有限元软件 ANSYS对注塑机调模板进行应力、应变分析，计算出注塑机调模板的应变应力分布，对模板的设计给出了一点建议，并且还运用 ANSYS对前模板进行分析和拓扑优化，在不改变前模板 质量的前提下对模板筋的形状位置进行了重新布置，降低了模板变形和局部最高应力。但是该论文的结果处理粗糙，不能形成工程应用的零件，只是一种优化分析尝试。 2 在最近两年的文献中，李长勇也尝试了模板有限元分析，并利用优化设计理论创建模板顺序优化
4、设计方法，建立了模板数据库、模板参数化模型及其驱动机制，利用 UG Open二次开发工具 UG Open API和 UG Open GRIP进行混合编程，开发了注塑机创新模板参数化设计软件。因模型单元划分的粗糙，导致拓扑优化结果模糊，不能清晰直观展现优化后的拓扑外形。不完善后处理也必然影响设计者的设计思路。 在这些文献中建立了比较合理的注塑机模板拓扑优化过程，并且得到了一些有用的结果。但其在研究过程中均存在一些片面性的问题，或表现在约束设置上 (如在假设为刚性体的前提下，拉杆对模板的约束不全面 )；或表现在技术处理问题上，如拓扑结果处理的杂乱无序；当然也有不能完成大规模计算，只作特种形式粗略计
5、算的论文，这主要局限于当时计算能力低下的客观条件，不可能做大规模高阶次的复杂运算。 模板是注塑机上机械结构的主体，其重量占整个注塑机合模装置的 70左右，降低模板重量意味着注塑机成本的降低。在注塑机模 板设计方面，前苏联有一套成熟的压铸机模板设计公式被广泛传承使用，但该套设计公式为保证安全系数，设计比较保守，按其设计的变量值冗余量大，且手工计算的方法模型较粗糙，不能达到面面俱到的效果，而且成本高，设计存在较大的经验性和盲目性。 在计算机技术飞速发展的今天，有更多的选择方法来改变目前的设计状况。企业本身出于成本及设计速度等因素考虑也必须掘弃这种落后的设计手段，因此迫切需要对注塑机模板进行结构优化
6、设计。其中拓扑优化的理论随着计算机技术的发展更具实际意义，优化的方向是尽可能用最省的材料来达到乃至超过完成正常注塑 工作所需的强度及刚度。 针对注塑机关键零部件进行结构拓扑优化设计具有较好的经济价值。按照以往的研究表明，单纯从零件的强度和刚度出发，按有限元分析计算的结果对零件的结构进行优化比按传统经验公式进行计算设计，可以节约原材料在 15左右，考虑到制造加工工艺和装配等约束条件的限制，达到 5一 10的幅度是非常可能的。因此，本课题的主要任务是，对现有模板进行优化设计，提出新型拓扑结构在提高或保持现有模板刚度和强度的水平的前提下，尽可能达到模板轻量化的目的。 利用有限元分析方法和拓扑优化技术
7、对注塑机模板设计的意义还在于 其快速性和设计成本的降低。在传统的设计与制造过程需要耗费大量的时间和物力，首先是结构概念设计和方案论证，通过设计者的经验判断和创新思路确定产品大体方案，然后考虑实际装配等因素经大量的手工计算进行产品设计，确定尺寸、材料和技术要求，在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样板进行试验以确定设计方案合理可行，但有时这些试验是破坏性的 (如冲击载荷 )，当通过试验发现缺陷时，再重新回到第二步来修改设计并再次用样机来验证。只有通过周而复始的“设计 -试验 -设计”过程，产品才能达到要求的性能。这冗长的过程延长了产品的设计周期 ，而且在手工计算的方法下无法走3 捷径缩短周期，
8、尤其对于结构复杂的系统。有时在设计产品时为了提早将产品投放市场而中断了“设计 -试验 -设计”的过程，从而不可避免使产品在上市时就有了先天不足的毛病。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 利用 Solidworks 对注塑机模板模型进行分析处理以得到所需的各类数据分布情况，及直观的应力和变形的分布云图，在此基础上实现目标的结构优化设计。然后模型重建，以重建后的模型为基础，根据研究结论最终对原模板设计提出切实可行的整体优化方案。优化后的结构在刚度和强度上将有很大提高，从而解 决 模板在使用过程中出现的不同程度的裂纹。 本论文中 GE360K-0202F 注塑机的前模板经过 Solidwor
9、ks 软件有限元分析，需要解决下列问题：一、 通过简单的结构尺寸优化使得注塑机模板上的应力分布趋于合理，以防止模板注塑机在周期性工作中，疲劳强度对机器寿命造成的影响；二、在不牺牲前模板刚度的情况下，减少模板的体积，优化配置材料，从而达到节约注塑机成本的效果。 三、研究步骤、方法及措施： 首先，在毕业设计的起步阶段，查阅各种相关的资料，对毕业设计所涉及的各个方面有一个大概的了解。 其次，缩小范围，将毕业设计 中所要用到的全部资料收集起来，并作一定的整理，同时初步构思毕业设计的框架结构，拟出提纲，如有疑点或难点应及时请教指导老师。然后，对于毕业设计所要用到的资料要确保其准确性，进行实地考察，以获得
10、更新的感性知识，使毕业设计更符合实际要求。 最后，在指导老师的指导下，将收集到的理论部分知识与实际部分知识有机的组合起来，按照当初拟出的提纲做出毕业设计初稿，再经修改后装订成册。 四、参考文献： 1 胡志鹏 . 我国塑料机械市场发展 J. 塑料科技 , 2004,(03) 2 程远佳 ,杨柳 ,黄文生 ,郑汝金 . 中国塑料机械的发展现状与开拓市场的若干建议 J. 伺服控制 , 2006,(02) . 3 陈金南 ,许政仓 . 中国塑料机械的生产发展、技术现状及前景 J. 中国塑料 , 1999,(02) . 4 任鸿烈 . 国内外塑料机械工业的现状与展望 J. 中国塑料 , 1996,(05
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