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儿童玩具 里双联 齿轮 注塑 模具设计 仿真 加工 proe 机械 毕业设计 论文 a3227

资源描述：

文档包括:

说明书一份，29页，13700字左右。

任务书一份。

开题报告一份。

外文翻译一份。

实习报告一份。

课题申报表一份。

三维图一份。

卡片一份。

图纸共16张，如下所示

A0-装配图.dwg

A1-动模板.dwg

A2-凸模板.dwg

A2-凹模板.dwg

A2-定模底座.dwg

A2-推杆固定板.dwg

A3-动模底座.dwg

A3-推板.dwg

A4-复位杆.dwg

A4-导套1.dwg

A4-导套2.dwg

A4-导柱.dwg

A4-拉杆.dwg

A4-浇口套.dwg

A4-顶杆.dwg

A4-齿轮.dwg

内容简介：

图 1 圆 形 型 腔 受 力 图基 于 N A S T R A N 的 注 塑 模 具 受 力 构 件 有 限 元 分 析姚 涛 , 段 国 林 , 蔡 瑾( 河 北 工 业 大 学 机 械 学 院 C A D / C A M 研 究 所 , 天 津 3 0 0 1 3 0 )1 引 言近 年 来 , 随 着 塑 料 工 业 突 飞 猛 进 地 向 前 发 展 , 模 具 设计 与 制 造 工 业 也 发 生 了 根 本 的 变 化 。 高 效 、 自 动 化 、 大 型 的模 具 在 整 个 模 具 产 量 中 所 占 的 比 例 越 来 越 大 。 注 塑 模 具 的设 计 一 般 过 程 为 : 根 据 制 件 造 型 利 用 三 维 造 型 C A D 软 件进 行 模 具 设 计 , 利 用 充 模 流 动 分 析 软 件 进 行 浇 注 系 统 等 的设 计 , 根 据 分 析 结 果 进 行 模 具 构 件 的 受 力 及 变 形 分 析 。在 设 计 中 , 对 于 小 型 模 具 , 其 型 腔 受 力 件 多 以 校 核 强度 为 准 , 但 对 几 何 外 围 尺 寸 较 大 的 模 具 则 不 然 。 因 为 满 足强 度 要 求 的 模 具 型 腔 在 高 压 作 用 下 仍 有 可 能 产 生 较 大 变形 。 模 具 尺 寸 越 大 , 这 种 弹 性 变 形 量 也 就 越 大 , 因 而 也 容易 产 生 溢 料 现 象 。 较 大 型 模 具 在 生 产 中 很 少 有 因 强 度 不足 而 损 坏 , 损 坏 往 往 是 由 刚 度 问 题 引 起 的 , 故 此 类 构 件 以刚 度 计 算 为 准 1 。 只 有 各 结 构 组 成 零 件 具 有 足 够 刚 性 和 强度 , 才 能 确 保 塑 件 几 何 形 状 与 尺 寸 精 度 满 足 脱 模 的 可 靠性 要 求 , 因 此 注 塑 模 具 受 力 构 件 的 有 限 元 分 析 是 注 塑 模设 计 与 制 造 必 须 考 虑 的 关 键 步 骤 。目 前 , 国 内 外 注 塑 模 具 的 C A E 分 析 主 要 集 中 于 制 品的 流 动 模 拟 分 析 , 对 模 具 构 件 应 力 及 变 形 分 析 和 评 定 的 文献 并 不 多 见 2 。 国 外 结 构 复 杂 模 具 的 设 计 由 专 业 厂 家 承 担 ,如 美 国 的 D M E 公 司 、 德 国 的 H A S C 公 司 、 日 本 的 池 上 金 型株 式 会 社 等 。 国 内 在 设 计 上 仍 然 大 多 采 用 凭 经 验 的 方 法 ,对 模 具 受 力 构 件 进 行 详 细 有 限 元 分 析 的 报 道 较 少 , 目 前 ,见 报 道 的 只 有 四 川 大 学 的 王 大 中 等 人 利 用 A N S Y S 进 行 了桑 塔 纳 轿 车 保 险 杠 大 型 注 塑 模 具 受 力 构 件 的 有 限 元 分 析 3 。本 文 以 M S C /N A S T R A N 为 平 台 进 行 注 塑 模 具 受 力 构 件 的有 限 元 分 析 , 不 仅 为 注 塑 模 具 的 力 学 设 计 提 供 了 一 种 新 的方 法 , 而 且 拓 展 了 N A S T R A N 软 件 在 工 程 领 域 中 的 应 用 。2 M S C . P A S T R A N / N A S T R A N 简 介M S C . P A S T R A N / N A S T R A N 是 由 美 国 宇 航 局 支 持 发展 的 有 限 元 分 析 和 计 算 机 模 拟 应 用 软 件 , 其 中 , M S C /P A S T R A N 是 一 个 集 成 的 并 行 框 架 式 有 限 元 前 后 处 理 及 分析 仿 真 系 统 4 。 其 开 放 式 / 多 功 能 的 体 系 结 构 可 将 工 程 设计 / 工 程 分 析 / 结 果 评 估 / 用 户 化 设 计 和 交 互 界 面 集 于 一身 , 构 成 一 个 完 整 的 有 限 元 分 析 集 成 环 境 。 M S C . N A S T R A 个 具 有 高 度 可 靠 性 的 结 构 有 限 元 分 析 软 件 , 以 其 优化 的 数 值 求 解 方 法 、 全 面 的 结 构 分 析 能 力 已 成 为 有 限 元分 析 软 件 的 典 范 。 由 于 软 件 具 备 静 力 分 析 、 屈 曲 分 析 、 动力 学 分 析 、 非 线 性 分 析 、 热 传 导 分 析 等 强 大 功 能 , 因 而 广泛 应 用 于 机 械 、 建 筑 、 船 舶 等 各 大 工 程 领 域 问 题 中 。3 组 合 式 圆 形 型 腔 侧 壁 分 析3 . 1 型 腔 侧 壁 力 学 分 析 及 理 论 计 算注 塑 模 的 整 体 坚 固 性 至 关 重 要 , 只 有 各 结 构 组 成 零件 具 有 足 够 刚 性 , 才 能 确 保 塑 件 几 何 形 状 与 尺 寸 精 度 及脱 模 的 可 靠 性 要 求 , 因 而 , 力 学 设 计 是 注 塑 模 设 计 成 功 的关 键 。 模 具 型 腔 是 在 模 具 中 直 接 用 于 成 型 塑 料 制 件 的 空腔 , 是 注 塑 模 具 结 构 中 的 关 键 构 件 , 本 文 以 组 合 式 圆 形 型腔 为 例 进 行 有 限 元 分 析 。某 注 塑 模 具 凹 模 型 腔 为一 典 型 的 组 合 式 圆 形 型 腔 结构 , 其 简 化 模 型 结 构 以 及 受 力状 况 如 图 1 所 示 , 该 简 化 模 型基 本 符 合 模 具 实 际 情 况 , 型 腔内 半 径 为 2 0 0 m m , 有 效 高 度h = 1 5 0 m m , 型 腔 内 熔 体 的 内 压力 p = 5 0 M P a , 模 型 结 构 及 受 力情 况 如 图 1 所 示 。注 塑 模 具 考 虑 到 加 工 困难 和 缩 短 制 模 周 期 , 一 般 模 具型 腔 都 采 用 组 合 式 , 可 以 把 组合 式 圆 形 型 腔 视 为 两 端 开 口 、 受 均 匀 内 压 的 厚 壁 圆 筒 。 当高 压 熔 体 注 入 型 腔 时 , 由 于 构 件 弹 性 变 形 会 产 生 溢 料 间隙 , 为 此 , 依 据 不 同 塑 料 的 粘 度 特 征 , 在 组 合 式 型 腔 中 的配 合 面 上 以 其 不 溢 料 的 最 大 间 隙 作 为 刚 度 条 件 。 其 壁 厚 下 式 初 步 求 得 :t = RR p( 1 - !) + E / E - R p( !- 1 )! - #1( 1 )摘 要 : 针 对 注 塑 模 具 的 力 学 设 计 及 注 塑 件 的 可 靠 性 要 求 , 文 中 利 用 M S C 公 司 的 P A S T R A N 和 N A S T R A N 有 限 元 分析 软 件 , 以 注 塑 模 具 中 典 型 的 组 合 式 圆 形 型 腔 受 力 构 件 的 简 化 模 型 为 例 , 在 M S C . P A S T R A N 前 处 理 软 件 平 台 中 建 模 ,并 进 行 合 理 的 模 型 参 数 设 置 和 有 限 元 网 格 划 分 , 将 生 成 的 B D F 文 件 递 交 N A S T R A N 求 解 器 运 算 , 对 模 具 凹 模 侧 壁 及 底板 的 变 形 情 况 进 行 了 有 限 元 分 析 , 该 分 析 同 传 统 的 理 论 计 算 值 相 比 较 , 结 果 表 明 符 合 情 况 良 好 , 从 而 为 注 塑 模 具 的 受 力变 形 有 限 元 分 析 提 供 了 一 种 新 的 方 法 , 并 拓 展 了 N A S T R A N 软 件 在 注 塑 工 程 分 析 中 的 应 用 。关 键 词 : M S C . P A S T R A N / N A S T R A N ; 注 塑 模 具 ; 有 限 元 分 析 ;中 图 分 类 号 : T P 3 9 1 . 7 7 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 2 - 2 3 3 3 ( 2 0 0 7 ) 0 9 - 0 0 8 6 - 0 2 业 信 息 化M A N U F A C T U R I N G I N F O R M A T I O N A L I Z A T I O 机 械 工 程 师 2 0 0 7 年 第 9 期!( a ) ( b )图 4 底 板 有 限 元 分 析本 例 中 , 初 始 设 计 壁 厚 为 1 0 0 m m , 然 后 进 行 校 核 , 则变 形 量 为 : !=r # (2 )式 中 - 泊 松 比 , 碳 钢 为 0 . 2 5 ; R - 圆 形 型 腔 半 径 , m m ; E - 模具 材 料 的 弹 性 模 量 , 碳 钢 为 2 . 1 1 05M P a ; p - 型 腔 内 熔 体 压力 , P a 。3 . 2 型 腔 侧 壁 有 限 元 建 模 及 求 解由 节 点 和 元 素 构 成 的 有 限 元 模 型 与 机 械 结 构 系 统 的几 何 外 形 基 本 一 致 。 根 据 实 体 模 型 的 对 称 性 , 取 其 中 1 / 4的 结 构 建 立 有 限 元 模 型 , 划 分 网 格 。采 用 前 置 处 理 软 件 M S C . P A S T R A N 建 立 有 限 元 几 何模 型 所 需 输 入 的 资 料 , 如 节 点 、 坐 标 系 统 、 指 定 材 料 特 性 、网 格 类 型 及 大 小 、 边 界 条 件 及 所 加 载 荷 类 型 和 大 小 等 条 件 。材 料 特 性 的 确 定 、 材 料 类 型 及 其 属 性 对 有 限 元 模 型的 计 算 会 产 生 重 要 影 响 , 本 例 中 模 具 材 料 特 性 为 : 弹 性 模量 E = 2 . 1 1 05M P a , 泊 松 比 = 0 . 2 5 。网 格 的 划 分 , 划 分 网 格等 级 的 高 低 直 接 关 系 着 所求 模 型 的 节 点 和 元 素 的 数目 的 大 小 , 既 关 系 着 求 解 时间 的 长 短 , 也 关 系 着 求 解 精度 的 高 低 。 M S C . N A S T R A 非 常 丰 富 的 单 元 库 , 单元 拓 扑 包 括 点 、 线 、 三 角 形 、四 面 体 、 六 面 体 等 , 同 时 , 一种 单 元 形 状 又 具 有 多 种 拓扑 形 式 。 六 面 体 单 元 相 对于 四 面 体 和 五 面 体 单 元 , 适用 性 较 差 , 但 其 精 度 较 高 ,适 用 于 较 规 则 实 体 的 网 格划 分 。 本 文 所 研 究 注 塑 模 具 型 腔 较 为 规 则 , 故 采 取 H e x 8网 格 自 动 生 成 划 分 方 法 , 整 个 模 型 共 划 分 7 1 6 2 个 节 点 ,6 0 0 1 个 单 元 , 如 图 2 ( a ) 所 示 。边 界 条 件 及 载 荷 条 件 的 施 加 , 边 界 条 件 可 以 直 接 施加 到 有 限 元 模 型 , 也 可 施 加 到 几 何 模 型 上 , 本 文 采 取 将 边界 条 件 施 加 到 有 限 元 模 型 中 , 其 模 型 可 以 看 作 是 两 侧 面和 上 下 底 表 面 均 受 固 定 约 束 , 也 即 限 制 了 表 面 的 六 个 自由 度 , 前 处 理 如 图 2 ( a ) 所 示 。在 P A S T R A N 中 将 模 型 转 换 成 N A S T R A N 可 识 别 的格 式 , 存 储 为 . b d f 文 件 供 N a s t r a n 读 取 , 进 行 文 件 模 型 的读 入 , 递 交 N A S T R A N 求 解 器 进 行 分 析 计 算 , 并 将 分 析 结果 在 后 处 理 器 中 显 示 , 如 图 2 ( b ) 所 示 。3 . 3 结 果 对 比 分 析由 凹 模 的 等 效 模 型 应 力 及 变 形 分 布 图 可 以 看 出 , 利用 M S C . N A S T R A N 有 限 元 软 件 分 析 得 到 的 侧 壁 最 大 变 形位 移 为 0 . 1 3 2 m m , 最 大 位 移 从 图 中 可 以 直 观 地 显 示 , 模 具内 侧 壁 变 形 最 大 , 这 样 导 致 了 模 具 型 腔 与 底 板 之 间 的 间隙 , 从 而 产 生 溢 料 现 象 。 同 理 论 分 析 公 式 ( 2 ) 计 算 得 到 的变 形 量 != 0 . 1 3 6 m m 相 比 , 误 差 仅 为 2 . 9 4 % , 说 明 了 M S C S T R A N 在 大 型 模 具 分 析 中 的 可 靠 性 。4 型 腔 底 板 变 形 分 析4 . 1 型 腔 底 板 力 学 分 析 及 理 论 计 算该 模 具 设 计 凹 模 型 强底 板 厚 度 为 1 0 0 m m , 由 于组 合 式 型 腔 底 板 可 视 为 “ 周边 支 撑 的 简 支 圆 板 力 学 模型 ” , 其 最 大 挠 度 发 生 在 中心 , 理 论 计 算 公 式 为 :!= 0 . 7 4p 3 )式 中 h - 型 腔 底 板 厚 度 , m m ; !- 底 板 的 最 大 挠 度 , m m 。4 . 2 型 腔 底 板 有 限 元 建 模 及 结 果 对 比 分 析在 P A S T R A N 前 处 理 中 , 设 置 模 具 材 料 特 性 为 : 弹 性模 量 E = 2 . 1 1 05M P a , 泊 松 比 = 0 . 2 5 , 网 格 划 分 中 , 创 建 节点 数 为 1 6 4 7 4 个 , 单 元 数 1 0 9 0 7 个 , 采 用 4 节 点 四 面 体 单元 ( T e t 4 ) , 依 据 前 述 有 限 元 建 模 方 法 建 立 模 型 , 几 何 模 型及 其 边 界 约 束 如 图 4 ( a ) 所 示 , 经 M S C . N A S T R A N 求 解 器计 算 并 后 处 理 结 果 如 4 ( b ) 所 示 。由 图 4 ( b ) 可 以 看 出 , 最 大 挠 度 发 生 在 底 板 中 心 , 其 变形 值 为 0 . 2 5 5 m m , 经 式 ( 1 ) ( 3 ) 计 算 得 : != 0 . 2 8 2 m m , 误 差为 0 . 0 2 7 m m , 相 对 误 差 为 9 . 5 7 % , 验 证 了 N A S T R A N 分 析的 可 行 性 。5 结 论本 文 通 过 注 塑 模 圆 形 型 腔 为 工 程 实 例 研 究 对 象 , 以M S C . P A T R A N 前 处 理 软 件 及 M S C . N A S T R A N 有 限 元 分析 软 件 为 平 台 , 对 典 型 注 塑 模 具 受 力 构 件 的 应 力 及 变 形通 过 选 取 适 当 的 有 限 元 网 格 自 动 划 分 方 式 进 行 了 详 细 的分 析 , 获 得 了 与 理 论 计 算 相 吻 合 的 结 果 , 验 证 了 M S C S T R A N 在 注 塑 模 具