（机械制造及其自动化专业论文）1000kn模具研配试压机的设计与分析.pdf

， 1 1 ， 建 t h e s i ss u b m i t t e df o rt h ea p p l i c a t i o no f m a s t e r sd e g r e eo fe n g i n e e r i n g d e s i g na n da n a l y s i so f 10 0 0 k sm o l d s p o t t i n gp r e s s c a n d i d a t e ： t a n gz h i y u a n s p e c i a l t y ： m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n s u p e r v i s o r ：l ik a i l i n g s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l ，2 0 1 0 、_5 。 ，j1j 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：娜日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝储雠：唧即签 ，-f；il 目录 目录 摘要：i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题的研究背景与课题来源1 1 1 1 课题的研究背景1 1 1 2 课题来源2 1 2 课题国内外研究现状2 1 2 1 模具研配液压机发展现状2 1 2 2 设计方法和理论研究状况7 1 3 课题研究的目标与主要内容9 1 3 1 研究目标9 1 3 2 研究的主要内容及技术路线9 1 4 课题的研究目的与意义l l 1 5 本章小结1 2 第2 章模具研配试压机结构设计1 3 2 1 模具研配试压机的基础知识l3 2 1 1 模具研配试压机的特点及用途1 3 2 1 2 模具研配试压机基本参数1 6 2 2 模具研配试压机本体结构设计方案1 7 2 2 1 液压机本体结构设计概述1 7 2 2 2 模具研配试压机结构方案1 9 2 3 机架的设计2 0 2 3 1 上横梁设计2 0 2 3 2 下横梁设计2l 2 3 3 活动横梁设计2 2 2 3 4 立柱设计2 3 山东人学硕十学位论文 2 4 液压缸结构设计2 4 2 4 1 主液压缸设计2 4 2 4 2 主液压缸活塞杆与活动横梁连连接形式设计- 2 5 2 4 3 翻转液压缸设计：2 6 2 5 附属装置的设计2 7 2 5 1 水平工作台设计2 7 2 5 2 注蜡装置设计2 8 2 5 3 翻转工作台、移动工作台的设计2 9 2 6 本章小结3 0 第3 章模具研配试压机翻转系统设计与分析3 1 3 1 翻转系统3l 3 1 1 翻转系统结构与原理3 l 3 1 2 翻转系统分析3 3 3 2 基于c o s m o s m o t i o n 的翻转系统运动分析3 6 3 2 1 翻转工作台以1 0 d e g s 的速度匀速翻转3 7 3 2 2 活塞以7 0 m m s 的平动速度匀速运动3 9 3 3 本章小结4 l 第4 章模具研配试压机主要部件有限元分析及优化设计4 3 4 1 有限元分析方法4 3 4 1 1 有限元基本思想4 3 4 1 2c o s m o s w b r k s 有限元分析4 4 4 2 结构优化设计理论和应用4 6 4 2 1 结构优化设计概述4 6 4 2 2 基于c o s m o s w b r k s 优化设计方法4 7 4 3 主液压缸有限元分析4 8 4 3 1 主液压缸数学模型的建立4 8 4 3 2 主油缸有限元模型的建立4 9 4 4 3 主液压缸有限元结果分析5 0 4 4 主液压缸优化设计5 2 ， $ j 目录 4 4 1 主液压缸优化模型的建立5 2 4 4 2 主液压缸优化结果分析5 3 4 5 机架的有限元分析5 5 4 5 1 机架数学模型的建立5 5 4 5 2 机架有限元模型的建立。5 6 4 5 3 机架有限元结果分析5 8 4 6 机架的优化设计5 9 4 6 1 机架的优化模型的建立5 9 4 6 2 机架的优化结果分析6 0 4 7 本章小结6 2 第5 章模具研配试压机液压系统设计及管路布线。6 3 5 1 液压系统设计概述6 3 5 2 模具研配试压机液压系统设计6 3 5 2 1 主油路液压系统设计。6 3 5 2 2 注蜡装置液压系统设计6 6 5 2 3 其他部分液压系统设计6 7 5 3 液压元件的选型6 9 5 4 基于r o u t i n g 的管道系统建模7 l 5 4 1r o u t i n g 的功能和特点7 l 5 4 2 r o u t i n g 管道系统建模7 1 5 5 本章小结7 4 结论与展望7 5 论文结论7 5 论文展望7 6 参考文献7 7 j 【 谢8l 攻读学位期间发表的论文8 2 ， ； 小 、_ lii，； l；l， t c o n t e n t s c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t s 。i l a b s t r a c t i i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h eb a c k g r o u n da n ds o u r c e so f t o p i c l 1 1 1t h eb a c k g r o u n do f t o p i c 1 1 1 2t h es o u r c e so f t o p i c 1 1 2r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d 2 1 2 1c u r r e n ts i t u a t i o no fh y d r a u l i cm o l ds p o t t i n gp r e s s e s 2 1 2 2s t a t u so f d e s i g n i n gm e t h o da n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h 2 1 3t a r g e ta n dr e s e a r c hc o n t e n t so f t h et h e s i s 7 1 ：；1r e s e a r c ht a r g e to f t h i sp a p e r 9 1 3 2t h em a i nc o n t e n ta n dt e c h n i c a lr o u t e9 1 4r e s e a r c hp u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e 9 1 5i n d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o n 1l c h a p t e r 2t h es t r u c t u r a ld e s i g no fm o l d s p o t t i n gp r e s s e s 1 3 2 1b a s i ck n o w l e d g eo f m o l ds p o t t i n gp r e s s e s 13 2 1 1c h a r a c t e r i s t i c sa n du s eo fm o l ds p o t t i n gp r e s s e s 13 2 1 2b a s i cp a r a m e t e r so fm o l ds p o t t i n gp r e s s e s 16 2 2b o d ys t r u c t u r ed e s i g nf o rm o l ds p o t t i n gp r e s s e s ；17 2 2 1 b a s i so fb o d ys t r u c t u r ed e s i g n 17 2 2 2s t r u c t u r a ls c h e m eo f m o l ds p o t t i n gp r e s s e s 1 9 2 3t h ed e s i g no ff r a m e 2 0 2 3 1t h ed e s i g no f u p p e rb e a m 2 0 2 3 2t h ed e s i g no fl o w e rb e a m 21 2 3 3t h ed e s i g no f m o v i n gb e a m 2 2 2 3 4t h ed e s i g no f c o l u m n 2 3 2 4t h es t r u c t u r a ld e s i g no f h y d r a u l i cc y l i n d e r 2 4 2 4 1t h es t r u c n l r a ld e s i g no fl i f t i n gh y d r a u l i cc y l i n d e r 2 4 2 4 2t h ec o n n e c t i o nf o r mo f h y d r a u l i cc y l i n d e ra n dm o v i n gb e a m 2 5 2 4 3t h ed e s i g no f t u r n o v e rh y d r a u l i cc y l i n d e r 。2 6 2 5t h ed e s i g no fo t h e ra t t a c h m e n t 2 7 2 5 1t h ed e s i g no fh o r i z o n t a lt a b l e 2 7 2 5 2t h ed e s i g no ft h ew a x i n j e c t i o ns y s t e r mo fm o l d 2 8 2 5 3t h ed e s i g no fr o t a t i o nb e n c ha n dm o v i n gw o r k b e n c h 2 9 2 6i n d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o n 3 0 c h a p t e r3d e s i g na n da n a l y s i so ft h er o t a t i o n a ls y s t e m 31 ：；1t h es y s t e r mo f t h eu p p e rm o l dr o t a t i o n 3 1 3 1 1s t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo f t h er o t a t i o n a ls y s t e m 3 1 墨 3 1 2a n a l y s i so f t h er o t a t i o n a ls y s t e m 。3 3 3 2t h em o t i o na n a l y s i so ft h er o t a t i o n a ls y s t e mb a s e dc o s m o s m o t i o n 3 6 3 2 1r o t a t i o nb e n c hr o t a t i n ga td e f i n i t e ds p e e do fl o d e g s 3 7 73 2 2p i s t o nc y l i n d e rm o v i n ga tt h ev e l o c i t yo f 7 0 m m s 3 9 ：；3i n d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o n 4 1 c h a p t e r 4m a i np a r t sf e ma n do p t i m u md e s i g no fs p o t t i n gp r e s s e s 4 3 4 1f i n i t ee l e m e n tm e t h o d 4 3 4 1 1b a s i ci d e ao ff i n i t ee l e m e n tm e t h o d 4 3 4 1 2f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sb a s e do nc o s m o s w o r k s 4 4 4 2t h e o r ya n da p p l i c a t i o no fs t r u c t u r a lo p t i m u md e s i g n 4 6 4 2 1s u m m a r yo fs t r u c t u r a lo p t i m u md e s i g n 4 6 4 2 2s t r u c t u r a lo p t i m u md e s i g nb a s e do nc o s m o s w o r k s 4 7 4 3f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so f t h el i f t i n gh y d r a u l i cc y l i n d e r 4 8 4 3 1e s t a b l i s h m e n to fm a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h eh y d r a u l i cc y l i n d e r 4 8 4 3 2e s t a b l i s h m e n to ff e mm o d e lo f t h eh y d r a u l i cc y l i n d e r 4 9 4 3 3a n a l y s i so f f e mr e s u l t so f t h eh y d r a u l i cc y l i n d e r 5 0 4 4s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o nd e s i g nh y d r a u l i cc y l i n d e r 5 2 l p ， l 彰 iii - c o n t e n t s 4 4 1e s t a b l i s h m e n to fo p t i m i z a t i o nm o d e lo fh y d r a u l i cc y l i n d e r 5 2 4 4 。2a n a l y s i so f o p t i m i z a t i o nd e s i g nr e s u l t so fh y d r a u l i cc y l i n d e r ，5 3 4 5f e m a n a l y s i so f t h ef r a m eo f m o l ds p o t t i n gp r e s s e s 5 5 4 5 1e s t a b l i s h m e n to fm a t h e m a t i c a lm o d e lo ff r a m e 5 5 4 5 2e s t a b l i s h m e n to f f e mm o d e lo f f r a m e 5 6 4 5 3a n a l y s i so ff e mr e s u l t so ff r a m e 5 8 4 6s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o nd e s i g no ff r a m e 5 9 4 6 1e s t a b l i s h m e n to fo p t i m i z a t i o nm o d e lo ff r a m e 5 9 4 6 2a n a l y s i so f f e mr e s u l t so ff r a m e 6 0 4 7i n d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o n 6 2 c h a p t e r 5h y d r a u l i cs y s t e md e s i g na n dp i p er o u t i n go fs p o t t i n gp r e s s e s 6 3 1 ；1s u m m a r yo f h y d r a u l i cs y s t e md e s i g n 6 3 1 ；2h y d r a u l i cs y s t e md e s i g no fh y d r a u l i cs p o t t i n gp r e s s e s 6 3 5 2 1h y d r a u l i cs y s t e md e s i g no fm a i no i lc i r c u i t 6 3 5 2 2h y d r a u l i cs y s t e md e s i g no f w a xi n j e c t i o ns y s t e m 6 6 5 2 3h y d r a u l i cs y s t e md e s i g no fo t h e rp a r t s 6 7 1 ；3s e l e c t i o na n dc a l c u l a t i o no fh y d r a u l i cc o m p o n e n t 6 9 5 4m o d e l i n go f p i p er o u t i n gb a s e dr o u t i n gi ns o l i d w o r k s 7 1 5 4 1f u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fr o u t i n g 。71 1 ；4 2m o d e l i n go f p i p er o u t i n g 7 1 1 ；5i n d u c t i o na n ds u m m a r i z a t i o n 7 4 c o n c l u s i o n sa n df u t u r ew o r k 7 5 c o n c l u s i o n sa n ds u m m a r i z a t i o n 7 5 f u t u r ep r o s p e c t s 7 6 r e r e r e n c e s 7 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 81 p u b l i s h e da r t i c l e s 8 2 ， f 一 摘要 摘要 随着塑料性能的改进及模具技术的不断发展，越来越多的产品本被塑料制 品所取代。但大多数注塑模具的研磨与修配，仍采用传统落后的人工方式，使 模具的最终精度和效率大打折扣。本文设计的模具研配试压机可以开合模、修 模、装配，可以在模拟工作状态下并进行准确和全面的检查，提高注塑模具的 装配修模效率，提早发现注塑模具设计及制造中的问题，以便及时对模具加以 改进和修正，缩短试模的时间，减轻操作人员修模、试模的劳动强度。 本文针对注塑模具存在的问题及模具研配压力机的现状，首先根据注塑模 具试模和装配的特点，提出了针对注塑模具研配试压机设计方案，并基于三维 造型软件s o l i d w o r k s 建立了1 0 0 0 k n 模具研配试压机的三维实体模型。 其次，基于m a t l a b 对翻转机构进行了运动和受力分析，计算了翻转液 压缸伸长量与翻转工作台旋转角度之间的关系及相应的运动、受力及角速度的变 化关系。分析表明：翻转过程中，作用在翻转油缸活塞杆上的力由拉力变为压力。 另外，利用c o s m o s m o t i o n 运动分析功能，对翻转机构进行了运动仿真，比较了 翻转工作台匀速旋转与翻转油缸活塞匀速平动两种运动方案下各运动件的运动特 性。 同时，基于有限元分析软件c o s m o s w o r k s 对机架和主液压缸进行静态有限 元分析，根据静力学分析数据建立优化设计模型，分别对其结构进行优化设计。 主液压缸经优化设计后质量减少了3 2 。机架的体积减少了9 2 8 ，获得了比 较合理的机架结构，从而改善了模具研配试压机机架的受力状况。 最后，对模具研配试压机整机液压系统进行了分析计算，并利用液压管道 建模软件r o u t i n g 对液压管道系统进行布线，在很大程度了代替了液压系统传 统设计中管道布线的验证设计过程，确保液压管路布线的结构合理性，极大的 缩短了设计周期。 关键词注塑模具；模具研配试压机；试模；有限元分析；优化设计 ， i _ a b s t r a c t a b s t r a c t , w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp l a s t i cp e r f o r m a n c ea n dt h ed e v e l o p m e n to fm o l d t e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ep r o d u c t sa r es u b s t i t u t e db yp l a s t i cp r o d u c t s b u t ，m o s t o ft h em a i n t e n a n c ea n dt r y o u to p e r a t i o n so fm o u l d sa r ep e r f o r m e db yh a n d s ， w h i c ha f f e c tt h ep r e c i s i o na n de f f i c i e n c yo fm a n u f a c t u r i n go f i n j e c t i o nm o l d m o l d s p o t t i n gp r e s sd e s i g n e di nt h ep a p e ri st h eb e s ts o l u t i o nf o ri n j e c t i o nm o l d i ti s p o s s i b l ei nf e ws e c o n d st os a f e l yo p e na n dc l o s et h em o u l da n dm a k ea na c c u r a t e a n df u l lc h e c k ，s oi tc a ni m p r o v et h ep r o d u c t i v i t yo fm o l dc a v i t y d e t e c tp r o b l e m s o fi n j e c t i o nm o l dd e s i g ni nt h es i m u l a t i o no fw o r k i n gs t a t ea n dm a n u f a c t u r i n ge a r l i e ri n o r d e rt oi m p r o v ea n da m e n dt h em o l dp r o m p t l ya n dl e s st i m eo ft e s t i n gm o l d ， r e d u c et h es t r e n g t ho fl a b o ro fw o r k e r s f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft e s t i n gm o l d ，a s s e m b l ya n d a d j u s t m e n to fi n j e c t i o nm o l di nt h ep a p e r , t h es p e c i a lm o l de q u i p m e n td e s i g n e df o r - i n je c t i o nm o l di sp r e s e n t e da f t e rs t r u c t u r ea n df u n c t i o na n a l y s e so fm o l ds p o t t i n g p r e s s t h e3 dm o d e l i n gs o f t w a r es o l i dw o r k si sa d o p t e dt ob u i l dt h em o d e l so f lo o o k n m o l ds p o t t i n gp r e s s e s m e a n w h i l e ，t h em o v e m e n ta n df o r c ea n a l y s i so fr o t a t i o n a ls y s t e mi ss t u d i e db a s e d o nm a t l a b s o m er e s u l t sh a v e b e e nc a l c u l a t e do nt h ed i a g r a ma n a l y s i s ，i n c l u d i n gt h e r e l a t i o nb e t w e e nt h e e l o n g a t i o n o ft h e c y l i n d e ra n dt h er o t a t i o n a la n g l eo ft h e o v e r t u r n i n gp a l l e t ，a n dt h ev a r i e t yo ft h ec o r r e s p o n d i n gk i n e m a t i c s ，l o a da n da n g u l a r s p e e d f u r t h e r m o r e ，t h em o v e m e n ts i m u l a t i o no ft u m i n gi n s t i t u t i o n si sc a r r i e db a s e d c o s m o s m o t i o n ，c o m p a r i n gt h em o t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h eu n i f o r mc i r c u l a rm o t i o no f t h et u mt a b l ew i t hl i n e a ru n i f o r mm o t i o no fp i s t o nm o v e m e n t a tt h es a m et i m e ，b a s e do nt h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r ec o s m o s - w o r k s d e t e r m i n et h eb e s td e s i g no p t i o nb yc o m p a r i n gs t r e n g t h s ，l i f e ，c o s t ，a n d w e i g h t p e r f o r ma l lc o m p a r i s o n sa n dd e s i g nm o d i f i c a t i o n sw i t h i nt h es o l i d w o r k s 。 e n v i r o n m e n t f i n i t ee l e m e n ts t a t i c a n a l y s i so ft h ef r a m ea n dm a s t e rc y l i n d e ri s p e r f o r m e dr e s p e c t i v e l y , a c c o r d i n gt o t h ed a t ao fs t a t i ca n a l y s i s ，t h es t r u c t u r eo f 山东大学硕+ 学位论文 f r a m ea n dh y d r a u l i cc y l i n d e ra r eo p t i m i z e d t h ew e i g h to fc y l i n d e rr e d u c e sf r o m 2 0 5 19 8 3 k gt o13 9 0 216 k g ，w h i c hi sad e c r e a s eo f3 2 i nw e i g h t t h er e d u c t i o no f v o l u m ef r a m ei s9 2 8 ，o b t a i n i n gr e a s o n a b l ef r a m es t r u c t u r e f e aa n do p t i m i z i n g p r o v i d eat h e o r e t i c a lr e f e r e n c et od e s i g nf r a m ea n dc y l i n d e r i n i m p r o v i n g r e a s o n a b l e n e s so ff o r c ed i s t r i b u t i o na n dt h er a t i o n a l i t yo fs t r u c t u r e a tl a s t ，b a s e do nt h ea n a l y s i so f t e s t i n gp r o c e s s ，t h eh y d r a u l i cs y s t e mo fm o l d s p o t t i n gp r e s si sc a l c u l a t e d i no r d e rt oe n s u r et h er a t i o n a ls t r u c t u r eo fp i p e ，t h e h y d r a u l i cs y s t e mo ft h ep r e s si sp i p e dw i t hr o u t i n g ，t h es o f t w a r e o fp i p e l i n e m o d e l i n gw h i c hi sc o n s i d e r e da sas u b s t i t u t ef o rt h et r a d i t i o n a ld e s i g nv e r i f i c a t i o n o fp i p el a y o u td e s i g np r o c e s so fh y d r a u l i cs y s t e m i v k e yw o r d si n j e c t i o nm o l d ；t r y i n gd i e ； m o l ds p o t t i n gp r e s s ； f e a ； o p t i m i z i n gd e s i g n 车 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景与课题来源 1 1 1 课题的研究背景 随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，越来越多的具有优 异性能的塑料高分子材料不断涌现，促使塑料工业飞速发展。目前，塑件产品已 经深入到国民经济的各个行业中，尤其在办公器械、摄像器材、航空、汽车、通 信、轻工、建材产品、日用品以及家用电器行业中，零部件塑料化的趋势不断加 强，甚至出现了全塑产品。注塑模具技术因其生产效率高、产品质量好、材料 消耗少、生产成本低而获得广泛应用。 模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电 和通讯等产品中，6 0 - - 8 0 的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产 品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”；同时模具又是“效益放大器”， 模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。同时，模 具生产的工艺水平及科技含量的高低已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的 重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，决定着 一个国家制造业的国际竞争力【2 】。模具设计水平的高低在很大程度上决定了生产率 的高低，而我国模具工业与国外模具巨头相比，工艺水平低于国际水平，生产周 期却高于国际水平；工艺装备水平差、配置性低、利用率低。 实际生产中，模具生产周期必须达到用户的交付期限，以满足用户生产计划 要求，这就有必要研制和推广通用、快换模具装备，如快换冲模、快换塑料注射 模装备，以缩短模具的试模时问。注塑模具制造完成后，必须通过注塑机试模， 其目的是提早发现模具设计制造及装配中的问题，以便及时对模具加以改进和修 j 下，确保模具的质量和精度，同时，通过试模初步提供塑件的成型条件。试模是 一个烦琐的工作，常常是边修边试验1 3j 。对于大、中型模具，调试通常极不容易， 不仅费时费力，而且存在着一定的危险性，模具本身也容易出现卡死的现象，试 模的顺利与否在很大程度上影响到模具的生产周期。而我国模具的飞模、试模 工艺水平仍停留在2 0 世