精密注塑机结构优化设计【开题报告】

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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

2、前、后模板新的实用计算模型，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

3、受力分析，用前处理软件生成所需数据，后处理软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。4在最近两年的文

4、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／OpenAPI和UG／OpenGRIP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

5、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

6、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

7、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

8、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-