ansys的红桔20l盖注塑模具关键零件优化设计与有限元分析(附件)【字数：11130】
摘 要摘 要随着CAD/CAE/CAM一体化的不断推广与发展，模具结构的设计不断获得创新与优化。模具新工艺与新材料也在不断创新，推动注塑成型技术的快速发展，提高了生产率，改善质量，并且降低了生产成本、减轻了劳动强度。本文以20L盖注塑模具的关键零件作为研究的对象，其中关键零件主要为成型零件。研究过程中首先通过设计计算获得理论中的关键零件的结构尺寸，并借助三维建模软件Pro/E进行建模，获得成型零件的三维模型，将该模型导入ANSYS有限元软件中进行静力分析，分析求解后得到一系列的应力云图及变形云图，从中可以很直观地确定各个零件的受力状况以及变形程度，根据最大应力值与最大变形值判断其是否满足强度及刚度的要求。接着，把通过理论计算得到的关键零件进行有限元分析之后，再结合本公司里经验数据获得的关键零件进行有限元分析，将两者的分析结果进行比较。比较后的结果显示，理论数据比经验数据来说变形较小、应力较小，但是两者都满足强度及刚度要求。另外，通过应力云图及变形云图同样可以获得各个关键零件的应力集中处以及最大变形的位置，如型腔内壁应力集中明显，螺纹型芯螺纹处应力集中明显等，根据这些结果可以进行优化设计，同样也可以根据注塑模具关键零件的结构及实际工程运用方面进行优化分析，并且提出几个优化方案。关键词注塑模具；成型零件；有限元分析；优化设计；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 注塑模具国内外发展现状 1
1.2.1 国外的发展现状 1
1.2.2 国内的发展现状 2
1.3 研究内容与意义 3
1.3.1 研究内容 3
1.3.2 研究意义 3
第二章 注塑模具成型零件的设计计算 4
2.1 注塑模具型腔的结构设计 4
2.1.1 型腔数目的确定 4
2.1.2 型腔尺寸的确定 5
2.1.3 型腔壁厚的确定 6
2.2 注塑模具型芯的结构设计 7
2.2.1 螺纹型芯结构尺寸的确定 7
2.2.2 商标芯结构尺寸的确定 8
第三章 注塑模具成型零件的有限元分析 9
3.1 注塑模具成型零件有限元 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分析过程 9
3.1.1 有限元模型的导入 9
3.1.2 选取单元类型及定义材料属性 9
3.1.3 划分网格 11
3.1.4 设置边界条件及施加载荷 12
3.1.5 分析求解 13
3.2 型腔有限元分析结果 13
3.3 螺纹型芯有限元分析结果 14
3.4 商标芯有限元分析结果 15
3.5 经验数据的有限元分析 16
3.6 其他关键零件的有限元分析 18
第四章 注塑模具成型零件的优化分析 20
4.1 型腔的优化设计 20
4.2 商标芯的优化设计 22
4.3 螺纹型芯的优化设计 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
课题背景
本课题来源于南京红桔有限公司20L盖注塑模具的研究项目。该公司生产各种塑料制品，通过注塑成型的方法进行加工生产。注塑成型的优点有缩短成型周期，并且有利于大批量生产，易于实现自动化控制。注塑模具是控制塑料产品质量的重要设备，其结构的合理性直接影响塑件的质量、生产效率、模具寿命和成本等，因此对于注塑模具的研究至关重要。
注塑模具包含成型零件、浇注系统、推出机构、冷却系统等，其中成型零件是注塑模具中的关键零件，构成着塑件的几何形状和尺寸，包含型芯、型腔、镶块等结构。成型零件是影响塑件的形状与精度的决定性因素，并且影响模具的寿命，因此对成型零件的分析是厂家亟待研究的重要项目。本课题是以该公司的20L盖注塑模具的关键零件作为研究对象，利用有限元分析方法对其关键零件如型腔、型芯等进行静力分析，为其优化设计提供理论依据。
注塑模具国内外发展现状
1.2.1 国外的发展现状
在社会的不断发展过程中，塑料产品得以广泛的应用。对于模具的设计，已经成为衡量国家制造业发展程度的重要标准之一。在工业发达的国家，注塑模具制造业逐步向标准化、网络化、智能化的方向发展[1]。从上个世纪60年代开始，国外注塑模具CAD/CAE/CAM技术伴随着通用机械技术的不断发展而得以快速发展，并且为我国注塑模具的技术发展提供理论依据及技术帮助[2]。如美国PTC公司，采用Pro/E软件进行注塑模具设计，它是一个集成功能和三维造型的软件，得到业界的普遍的认可和广泛推广；美国EDS公司的推出CAD/CAM软件UG，为产品的设计及加工提供了全方位的数字化造型和验证手段，在工艺设计以及虚拟构造设计方面都能为客户提供非常好的解决途径[3]；澳大利亚MOLDFLOW公司推出的CAE分析软件，它能够有效的验证并且优化塑件以及注塑成型过程，人们可以通过这个软件进行仿真模拟，获得仿真结果，并从壁厚、浇口位置等方面进行分析来研究产品的可制造性，用户可以通过此软件来设计出较好结构的产品，减小工作量等；美国Solidworks公司推出Solidworks软件，该软件属于一款全参数化的特征造型软件，为复杂三维造型的实现提供了有效的方法，并且可以便捷有效的实现复杂产品的装配，另外推出了一款专门用于模具设计的工作集，为模具的设计开发提高了速度、精度及效益。CAE技术的广泛推广以及快速的发展，在国外较为明显，目前发达国家的CAE水平已经达到较高的水平，在工业应用方面已经达到实用化阶段。采用CAD/CAM/CAE技术提高了产品的复杂性、多样性、经济性、可靠性等，提高了市场竞争力[4]。
1.2.2 国内的发展现状
在生活中，模具的应用非常广泛，大约有50%的精加工零件、75%的粗加工零件是由模具成型而来，绝大多数的塑料制品也由模具成型[5]。而相对于国外，国内的CAD/CAE/CAM的应用起步较晚，发展水平较低。但近年来，随着计算机技术方面的发展，国内注塑模具的CAD/CAE/CAM技术的应用也伴随其快速发展，并且促进了国内注塑模具市场的发展。目前，许多研究人员开始采用各种计算机技术进行模具设计的研究，为注塑模具的发展提供动力及有效方法。如郑州大学工学院推出了注塑模具CAE技术软件的ZMOLD系统。该系统由许多模块组成，包括前期的设计、流动分析、保压分析以及前后处理模块，可以快速的进行模具的设计与分析，提高塑料模具的质量，并且缩短了模具开发的时间[6]。伴随着模具市场的不断扩大，研究人员对模具设计软件的研究也在不断地深入，研究方面也在不断扩大。如2010年周莉[7]研究了成型调制解调器外壳的注塑模具型腔，研究模具型腔的结构特点及工作状态，通过有限元分析软件MSC.Patran进行静力分析以及寿命的分析。根据有限元分析的结果，可以获得不同型腔压力下的应力分布及位移变化，通过对应力云图和位移云图的研究，并结合疲劳强度理论对模具型腔进行寿命分析，然后对应力集中处进行优化分析与设计，显著地提高了模具的使用寿命；2012年曾信[8]对注塑模具中的关键零部件顶针组进行分析，研究误差建模分析的解析方法与数值解法。但是采用的分析方法也会产生误差，并且对实验结果产生了一定的影响，因此需要对注塑模具的关键零件进行分析优化，减小一定误差，提高塑件质量水平；陈国靖[9]采用ANSYS软件进行强度和疲劳分析，并从分析结果中获得应力应变图以及疲劳寿命值，通过有限元分析软件获得精确的分析结果，并且根据分析结果进行结构和制造工艺两方面的优化，采用此类分析方法可以显著地减少实验与设计成本，并且缩短了设计周期。此后注塑模具CAD/CAE/CAM技术趋于集成化发展，数学模型和算法得到进一步的完善，人工智技术能够得到很好应用[10]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 注塑模具国内外发展现状 1
1.2.1 国外的发展现状 1
1.2.2 国内的发展现状 2
1.3 研究内容与意义 3
1.3.1 研究内容 3
1.3.2 研究意义 3
第二章 注塑模具成型零件的设计计算 4
2.1 注塑模具型腔的结构设计 4
2.1.1 型腔数目的确定 4
2.1.2 型腔尺寸的确定 5
2.1.3 型腔壁厚的确定 6
2.2 注塑模具型芯的结构设计 7
2.2.1 螺纹型芯结构尺寸的确定 7
2.2.2 商标芯结构尺寸的确定 8
第三章 注塑模具成型零件的有限元分析 9
3.1 注塑模具成型零件有限元 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分析过程 9
3.1.1 有限元模型的导入 9
3.1.2 选取单元类型及定义材料属性 9
3.1.3 划分网格 11
3.1.4 设置边界条件及施加载荷 12
3.1.5 分析求解 13
3.2 型腔有限元分析结果 13
3.3 螺纹型芯有限元分析结果 14
3.4 商标芯有限元分析结果 15
3.5 经验数据的有限元分析 16
3.6 其他关键零件的有限元分析 18
第四章 注塑模具成型零件的优化分析 20
4.1 型腔的优化设计 20
4.2 商标芯的优化设计 22
4.3 螺纹型芯的优化设计 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
课题背景
本课题来源于南京红桔有限公司20L盖注塑模具的研究项目。该公司生产各种塑料制品，通过注塑成型的方法进行加工生产。注塑成型的优点有缩短成型周期，并且有利于大批量生产，易于实现自动化控制。注塑模具是控制塑料产品质量的重要设备，其结构的合理性直接影响塑件的质量、生产效率、模具寿命和成本等，因此对于注塑模具的研究至关重要。
注塑模具包含成型零件、浇注系统、推出机构、冷却系统等，其中成型零件是注塑模具中的关键零件，构成着塑件的几何形状和尺寸，包含型芯、型腔、镶块等结构。成型零件是影响塑件的形状与精度的决定性因素，并且影响模具的寿命，因此对成型零件的分析是厂家亟待研究的重要项目。本课题是以该公司的20L盖注塑模具的关键零件作为研究对象，利用有限元分析方法对其关键零件如型腔、型芯等进行静力分析，为其优化设计提供理论依据。
注塑模具国内外发展现状
1.2.1 国外的发展现状
在社会的不断发展过程中，塑料产品得以广泛的应用。对于模具的设计，已经成为衡量国家制造业发展程度的重要标准之一。在工业发达的国家，注塑模具制造业逐步向标准化、网络化、智能化的方向发展[1]。从上个世纪60年代开始，国外注塑模具CAD/CAE/CAM技术伴随着通用机械技术的不断发展而得以快速发展，并且为我国注塑模具的技术发展提供理论依据及技术帮助[2]。如美国PTC公司，采用Pro/E软件进行注塑模具设计，它是一个集成功能和三维造型的软件，得到业界的普遍的认可和广泛推广；美国EDS公司的推出CAD/CAM软件UG，为产品的设计及加工提供了全方位的数字化造型和验证手段，在工艺设计以及虚拟构造设计方面都能为客户提供非常好的解决途径[3]；澳大利亚MOLDFLOW公司推出的CAE分析软件，它能够有效的验证并且优化塑件以及注塑成型过程，人们可以通过这个软件进行仿真模拟，获得仿真结果，并从壁厚、浇口位置等方面进行分析来研究产品的可制造性，用户可以通过此软件来设计出较好结构的产品，减小工作量等；美国Solidworks公司推出Solidworks软件，该软件属于一款全参数化的特征造型软件，为复杂三维造型的实现提供了有效的方法，并且可以便捷有效的实现复杂产品的装配，另外推出了一款专门用于模具设计的工作集，为模具的设计开发提高了速度、精度及效益。CAE技术的广泛推广以及快速的发展，在国外较为明显，目前发达国家的CAE水平已经达到较高的水平，在工业应用方面已经达到实用化阶段。采用CAD/CAM/CAE技术提高了产品的复杂性、多样性、经济性、可靠性等，提高了市场竞争力[4]。
1.2.2 国内的发展现状
在生活中，模具的应用非常广泛，大约有50%的精加工零件、75%的粗加工零件是由模具成型而来，绝大多数的塑料制品也由模具成型[5]。而相对于国外，国内的CAD/CAE/CAM的应用起步较晚，发展水平较低。但近年来，随着计算机技术方面的发展，国内注塑模具的CAD/CAE/CAM技术的应用也伴随其快速发展，并且促进了国内注塑模具市场的发展。目前，许多研究人员开始采用各种计算机技术进行模具设计的研究，为注塑模具的发展提供动力及有效方法。如郑州大学工学院推出了注塑模具CAE技术软件的ZMOLD系统。该系统由许多模块组成，包括前期的设计、流动分析、保压分析以及前后处理模块，可以快速的进行模具的设计与分析，提高塑料模具的质量，并且缩短了模具开发的时间[6]。伴随着模具市场的不断扩大，研究人员对模具设计软件的研究也在不断地深入，研究方面也在不断扩大。如2010年周莉[7]研究了成型调制解调器外壳的注塑模具型腔，研究模具型腔的结构特点及工作状态，通过有限元分析软件MSC.Patran进行静力分析以及寿命的分析。根据有限元分析的结果，可以获得不同型腔压力下的应力分布及位移变化，通过对应力云图和位移云图的研究，并结合疲劳强度理论对模具型腔进行寿命分析，然后对应力集中处进行优化分析与设计，显著地提高了模具的使用寿命；2012年曾信[8]对注塑模具中的关键零部件顶针组进行分析，研究误差建模分析的解析方法与数值解法。但是采用的分析方法也会产生误差，并且对实验结果产生了一定的影响，因此需要对注塑模具的关键零件进行分析优化，减小一定误差，提高塑件质量水平；陈国靖[9]采用ANSYS软件进行强度和疲劳分析，并从分析结果中获得应力应变图以及疲劳寿命值，通过有限元分析软件获得精确的分析结果，并且根据分析结果进行结构和制造工艺两方面的优化，采用此类分析方法可以显著地减少实验与设计成本，并且缩短了设计周期。此后注塑模具CAD/CAE/CAM技术趋于集成化发展，数学模型和算法得到进一步的完善，人工智技术能够得到很好应用[10]。
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