挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計【含CAD圖紙、說明書】

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畢業(yè)設計附本 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 EXCAVATOR INTELLIGENT OPERATION BOX BODY INJECTION MOLD DESIGN 學生姓名 班 級 學 號 學院名稱 專業(yè)名稱 指導教師 年 5月 26日 目 錄 1 畢業(yè)設計（論文）課題申報表 1 2 畢業(yè)設計（論文）任務書 2 3 畢業(yè)設計（論文）開題報告 7 4 畢業(yè)設計（論文）指導手冊 13 5 畢業(yè)設計（論文）中期匯報表 18 6 畢業(yè)設計（論文）中期情況檢查表 19 7 畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表 20 8 畢業(yè)設計（論文）評閱表 21 9 畢業(yè)設計（論文）答辯及綜合成績評定表 22 10 外文翻譯 23 畢業(yè)設計（論文）課題申報表 指導教師 劉憶 職稱 教授 教研室 材料成型及控制工程 申報課題名稱 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 課題類型 工程設計類 課題來源 B.社會生產(chǎn)實踐 課 題 簡 介 挖掘機在工程建設和搶險救災中用于挖掘、裝卸、起重、打樁、夯土、破碎、拆除等多種作業(yè)。挖掘機的控制部分放置在操縱箱中，回轉(zhuǎn)、挖掘、裝卸動作靠控制操縱箱前側(cè)的先導手柄完成。傳統(tǒng)挖掘機操縱箱缺少智能控制的功能設置，不能滿足挖機在危險環(huán)境下工作的產(chǎn)品升級換代需求。操縱箱箱體需要根據(jù)智能控制需求，改變其形態(tài)。本課題根據(jù)挖掘機智能操作箱箱體要求，進行注塑模具的設計和仿真。 課題要求 （包括所具備的條件） 課題要求（包括所具備的條件）： 1、應用cad設計軟件，對挖掘機先導操縱箱體注塑模具設計。 2、在cad中建立挖掘機智能操縱箱模具。 課題工作量要求 課題工作量要求： 1、挖掘機先導操縱箱體注塑模具的設計及仿真分析； 2、挖掘機先導操縱箱體注塑模具的裝配圖及零件圖； 3、說明書一份,5000字； 4、譯文5000字。 教研室 審定意見 通過 室主任簽字： 學 院 審定意見 同意 教學院長簽字： 畢 業(yè) 設 計（論 文） 任 務 書 學院（系）： 機電工程學院 專??? ??業(yè)： 材料成型及控制工程 學生姓名： 學 ? 號： 設計(論文) 題目： 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 起 迄 日 期: 2018年 3月 1日~ 2018年 5月 26日 指 導 教 師: 教研室主任: 發(fā)任務書日期: 2018年 3月 1日 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．畢業(yè)設計的背景： 模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，以及塑料制品在各個工業(yè)部門的推廣應用，產(chǎn)品對模具的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應當今的要求。與傳統(tǒng)的模具設計相比，計算機輔助設計（CAD）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強度方面，都具有極大的優(yōu)越性。 挖掘機在工程建設和搶險救災中用于挖掘、裝卸、起重、打樁、夯土、破碎、拆除等多種作業(yè)。挖掘機的控制部分放置在操縱箱中，回轉(zhuǎn)、挖掘、裝卸動作靠控制操縱箱前側(cè)的先導手柄完成。傳統(tǒng)挖掘機操縱箱缺少智能控制的功能設置，不能滿足挖機在危險環(huán)境下工作的產(chǎn)品升級換代需求。操縱箱箱體需要根據(jù)智能控制需求，改變其形態(tài)。本課題根據(jù)挖掘機智能操作箱箱體要求，進行注塑模具的設計和仿真。 2．畢業(yè)設計(論文)的內(nèi)容和要求： 要求學生具備材料成型及控制工程專業(yè)的理論基礎(chǔ)知識，具有一定的查閱文獻、閱讀外文文獻和數(shù)據(jù)處理的能力，應用Pro/E或UG設計軟件，對挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計，在Pro/E中建立挖掘機智能操縱箱模具數(shù)字模型與動作仿真。 內(nèi)容： 1、cad建模 2、設計澆注系統(tǒng)； 3、布置型腔； 4、選擇分型面； 5、確定脫模方式： 6、注塑機的選用 工作量要求： 1、開題報告一份； 2、外文翻譯一篇（5000字以上，要求翻譯內(nèi)容與畢業(yè)論文課題有關(guān)）； 3、畢業(yè)論文一份（要求中、英文摘要，且中文摘要400字左右；正文15000字以上，零件圖與裝配圖一套）； 4、主要參考?文獻不少于15篇（包括2篇以上外文文獻）。 3．主要參考文獻： [1] 甄瑞麟，磨具制造工藝學[M].北京：清華大學出版社，2005-1 [2] Dong Mei Jiao，F(xiàn)ang Deng，Wei Min Yang. Design of Injection Mold and Research of Process for Plastic Parts Based on CAE Analysis[J]. Trans Tech，2017-7-17. [3] 李維，模具設計師（注塑模）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009-9 [4] 彭建聲，秦曉剛.模具技術(shù)問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. [5] 趙蓓蓓.初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].科技資訊,2009(34). [6] 歐圣雅.冷沖壓與塑料成型機械. [J].北京：機械工業(yè)出版社，1999-12 [7] Noah S. Nelson，Steven R. Buchman，Albert J. Shih [J]. Emerald, 2017-1. [8] 劉平平.注塑模自動分模技術(shù)研究[D].上海：同濟大學, 2009. [9] 房顏明. 注塑模具的標準化探討與其自動化設計研究[J].科技展望,2017-02-10. [10] 張?zhí)m英.注塑成型模具設計的要點分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2017-01-01. [11] Chung Ming Tan. An Innovative Compression Mold Design for Manufacture of Reel Mower Helical Blades[J]. Trans Tech，2016. [12] Ulf Bruder. Mold Design and Product Quality[M]. Elsevier Inc，2015. [13] Jerry M. Fischer. Causes of Molded-Part Variation[M]. Elsevier Inc,2003. [14] 田光輝，林紅旗.模具設計與制造[M].北京大學出版社，2015-01. [15] 鄭崢.沖壓注塑成型設備[M].北京：北京理工大學出版社,2010-12 [16]袁小會，肖志余，劉金鐵，《塑料成型工藝與模具設計》與PROE課程銜接研究[J].教育教學論壇，2015 4．畢業(yè)設計(論文)進度計劃(以周為單位)： 第一周：深入了解畢業(yè)設計課題，完成畢業(yè)設計及任務書； 第二周：完成開題報告； 第三周：搜集素材； 第四周：翻譯相關(guān)外文文獻； 第五周：初步構(gòu)設并確定設計方案。完成裝配圖草圖的繪制。 第六周：計算確定各零件基本尺寸。 第七周：繪制總裝配圖。 第八周：繪制總裝配圖 第九周：編寫設計說明書 第十周：編寫設計說明書 第十一周：繪制零件圖 第十二周：修訂初稿 第十三周：完成答辯 教研室審查意見： 室主任簽名： 年 月 日 學院審查意見： 教學院長簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱： 操縱箱結(jié)構(gòu)件沖壓模具設計 學生姓名： 學號： 指導教師： 職稱： 講師 所在學院： 機電工程學院 專業(yè)名稱： 材料成型及控制工程 日期： 2018 年 3月 1日 說 明 1．根據(jù)《畢業(yè)設計(論文)管理規(guī)定》，學生必須撰寫《畢業(yè)設計（論文）開題報告》，由指導教師簽署意見、教研室審查，學院教學院長批準后實施。 2．開題報告是畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學生應當在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。 3．畢業(yè)設計開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．本報告中，由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。 5．課題類型填：工程設計類；理論研究類；應用（實驗）研究類；軟件設計類；其它。 6．課題來源填：教師科研；社會生產(chǎn)實踐；教學；其它 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 操縱箱結(jié)構(gòu)件沖壓模具設計 課題來源 A.教師科研 課題類型 應用（實驗）研究類 1．選題的背景及意義： 模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，以及塑料制品在各個工業(yè)部門的推廣應用，產(chǎn)品對模具的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應當今的要求。與傳統(tǒng)的模具設計相比，計算機輔助設計（CAD）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強度方面，都具有極大的優(yōu)越性。 挖掘機在工程建設和搶險救災中用于挖掘、裝卸、起重、打樁、夯土、破碎、拆除等多種作業(yè)。挖掘機的控制部分放置在操縱箱中，回轉(zhuǎn)、挖掘、裝卸動作靠控制操縱箱前側(cè)的先導手柄完成。傳統(tǒng)挖掘機操縱箱缺少智能控制的功能設置，不能滿足挖機在危險環(huán)境下工作的產(chǎn)品升級換代需求。操縱箱箱體需要根據(jù)智能控制需求，改變其形態(tài)。本課題根據(jù)挖掘機智能操作箱箱體要求，進行注塑模具的設計和仿真。 2．研究內(nèi)容擬解決的主要問題： 應用UG設計軟件，對挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計，在UG中建立挖掘機智能操縱箱模具數(shù)字模型與動作仿真。 擬解決的主要問題： 1、cad建模 2、設計澆注系統(tǒng)； 3、布置型腔； 4、選擇分型面； 5、確定脫模方式： 6、注塑機的選用 3．研究方法技術(shù)路線： 研究方法技術(shù)路線： （1）.根據(jù)所選挖掘前導到操縱箱體進行塑件的工藝性分析，其中包括對塑件原材料的分析、尺寸精度的分析、表面質(zhì)量分析、結(jié)構(gòu)工藝性分析等。 （2）.成型設備選擇，計算注塑模的尺寸，校核注塑機的有關(guān)參數(shù)。 （3）.采用cad模具設計系統(tǒng)來制作三維模型，進行挖掘機前導操縱箱的各個系統(tǒng)設計和各種制模方案的制定。用cad模具設計系統(tǒng)提供的MoldWizard來創(chuàng)建分型線、分型面和曲面補片。使用HB_MOULD加載模架及其零部件 （4）.在ADAMS中進行動力學仿真分析，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。 （5）.繪制模具裝配圖和零件圖。 4．研究的總體安排和進度計劃： 總體安排和進度計劃： 第一周：深入了解畢業(yè)設計課題，完成畢業(yè)設計及任務書； 第二周：完成開題報告； 第三周：搜集素材； 第四周：翻譯相關(guān)外文文獻； 第五周：初步構(gòu)設并確定設計方案。完成裝配圖草圖的繪制。 第六周：計算確定各零件基本尺寸。 第七周：繪制總裝配圖。 第八周：繪制總裝配圖 第九周：編寫設計說明書 第十周：編寫設計說明書 第十一周：繪制零件圖 第十二周：修訂初稿 第十三周：完成答辯 5．主要參考文獻： [1] 甄瑞麟，磨具制造工藝學[M].北京：清華大學出版社，2005-1 [2] Dong Mei Jiao，F(xiàn)ang Deng，Wei Min Yang. Design of Injection Mold and Research of Process for Plastic Parts Based on CAE Analysis[J]. Trans Tech，2017-7-17. [3] 李維，模具設計師（注塑模）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2009-9 [4] 彭建聲，秦曉剛.模具技術(shù)問答[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010. [5] 趙蓓蓓.初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].科技資訊,2009(34). [6] 歐圣雅.冷沖壓與塑料成型機械. [J].北京：機械工業(yè)出版社，1999-12 [7] Noah S. Nelson，Steven R. Buchman，Albert J. Shih [J]. Emerald, 2017-1. [8] 劉平平.注塑模自動分模技術(shù)研究[D].上海：同濟大學, 2009. [9] 房顏明. 注塑模具的標準化探討與其自動化設計研究[J].科技展望,2017-02-10. [10] 張?zhí)m英.注塑成型模具設計的要點分析[J].山東工業(yè)技術(shù),2017-01-01. [11] Chung Ming Tan. An Innovative Compression Mold Design for Manufacture of Reel Mower Helical Blades[J]. Trans Tech，2016. [12] Ulf Bruder. Mold Design and Product Quality[M]. Elsevier Inc，2015. [13] Jerry M. Fischer. Causes of Molded-Part Variation[M]. Elsevier Inc,2003. [14] 田光輝，林紅旗.模具設計與制造[M].北京大學出版社，2015-01. [15] 鄭崢.沖壓注塑成型設備[M].北京：北京理工大學出版社,2010-12 [16]袁小會，肖志余，劉金鐵，《塑料成型工藝與模具設計》與PROE課程銜接研究[J].教育教學論壇，2015 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見： 通過，同意開題 教研室主任簽名： 年 月 日 學院意見： 教學院長簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）指導手冊 設計（論文）題目： 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 學生姓名 學號 年 級 2014級 專業(yè)（全稱） 材料成型及控制工程 指導教師 所在學院 機電工程學院 畢業(yè)設計（論文）指導記錄 第一次指導記錄：初次與學生見面，給學生講解論文資料搜集所需要的工具，比如中國知網(wǎng)和萬方數(shù)據(jù)。講解了論文的結(jié)構(gòu)，論文可以分為好幾個部分。開頭、結(jié)尾和中間的內(nèi)容是最重要的部分。詢問學生論文寫作的方向，解答學生關(guān)于論文方向確定的問題。 指導地點 實訓樓204 2018年 3月 2日 第二次指導記錄：確定學生論文的中英文題目，通過學生的思考和導師的建議，形成每個人的論文題目，對論文中的主要內(nèi)容進行簡單的講解和解釋，之后討論論文的整體方向，擬定初步的提綱，然后對學生收集到的資料進行初步的篩選，定下具體的研究設計方向。 指導地點 實訓樓204 2018年 3月 7日 第三次指導記錄：通知學生完成論文的開題報告，說明開題報告的重要性。然后說明開題報告的具體格式和書寫方法，給學生分發(fā)模板幫助寫作。 指導地點 實訓樓204 2018年 3月 14日 第四次指導記錄：完善學生的提綱，糾正提綱中的錯誤。提醒學生論文內(nèi)容要突出重點，然后對開題報告進行一個總結(jié)，然后提交并上傳開題報告。 指導地點 實訓樓204 2018年 3月 21日 第五次指導記錄：學生可以正式開始寫論文了，老師提出問題并提供建議。其中包括文章的標題，格式都要嚴格規(guī)范。查找論文中多于的，不切合論文題目的內(nèi)容，對內(nèi)容中的錯誤也一并加以指出，提出對學生修改論文的建議 指導地點 實訓樓204 2018年 3月 28日 第六次指導記錄：老師閱讀學生的論文，仔細考慮學生新加入的論文內(nèi)容，了解論文想要表達的內(nèi)容，指出學生論文中的比例問題，在尊重學生意見的基礎(chǔ)上，修改了學生的提綱和部分論文內(nèi)容，提出一些建議。 指導地點 實訓樓204 2018年 4月 5日 第七次指導記錄：對于學生手中的資料進行篩選分配，對于論文資料分配的問題，提出最好的解決辦法就是按照自己論文的提綱進行撰寫，突出重點，避免出現(xiàn)頭重腳輕，文章雜亂的問題。對于重點部分的資料，進行擴展和延伸，提升論文的整體質(zhì)量。 指導地點 實訓樓204 2018年 4月 11日 第八次指導記錄：經(jīng)過和導師的討論，最終論文的方向不變，但是調(diào)整了論文的設計步驟以及各個步驟的比例。 指導地點 實訓樓204 2018年 4月 20日 第九次指導記錄：導師對論文的字數(shù)把控提出自己的建議和看法，重點內(nèi)容的字數(shù)不能少于2000字，并且要配圖加以說明，圖片的數(shù)量要多一些，才能使設計過程變得更加直觀和完整。總體字數(shù)也要超過15000字，如果字數(shù)不足的話，可以在緒論中多加一些內(nèi)容來充實論文。 指導地點 實訓樓204 2018年 4月 26日 第十次指導記錄：通知學生們關(guān)于中期檢查的問題，完成中期檢查表。注意格式問題。論文也完成了大半，對于學生的論文進行完整的檢查，檢查論文中出現(xiàn)的問題，并對學生們提出的問題一一解答。讓學生們互相討論自己論文中遇到問題，形成一個完整的互幫互助小組，集合一個小組的力量，完善大家的論文。 指導地點 實訓樓204 2018年 5月 5日 第十一次指導記錄：本次指導是學生們初稿提交以后的第一次指導，對初稿的認真檢查可以省去后面的反復修改。導師檢查論文，提出格式上的錯誤，比如表格要用三線表，內(nèi)容的字體行距一定要統(tǒng)一等等細節(jié)問題。對于正文再提出修改的意見，希望學生能夠耐心的完成修改任務。 指導地點 實訓樓204 2018年 5月 18日 第十二次指導記錄：本次指導針對學生的論文進行最后的修改，迎接即將到來的答辯。檢查論文的重復率，查重合格后，再檢查學生設計的圖紙是否符合規(guī)范。對于終稿進行潤色，然后裝訂完成，迎接下一周的答辯。 指導地點 實訓樓204 2018年 5月 24日 第十三次指導記錄： 指導地點 年 月 日 第十四次指導記錄： 指導地點 年 月 日 第十五次指導記錄： 指導地點 年 月 日 學生畢業(yè)設計（論文）中期匯報表 學生姓名 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學 號 設計（論文）題目 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 畢業(yè)設計（論文）前期工作小結(jié) 前期完成課題申報表、任務書、開題報告等表格的填寫，并查閱文獻為模具設計做好準備。主要完成了操縱箱某結(jié)構(gòu)件注塑模具的結(jié)構(gòu)分析，材料性能分析，將零件結(jié)構(gòu)簡化，然后確定模具類型和注塑工藝方案，最后參考模具設計書進行計算。 指導教師意見 畢業(yè)設計期間，能夠認真完成任務，按時出勤，主動向老師報告設計和設計過程中出現(xiàn)的問題，并針對出現(xiàn)的問題查閱資料，反思設計過程中出現(xiàn)的問題，保證設計的順利進行。 簽名： 年 月 日 學生畢業(yè)設計（論文）中期情況檢查表 學院名稱： 機電工程學院 檢查日期： 2018年 4月 12日 學生姓名 專 業(yè) 材料成型及控制工程 指導教師 設計（論文）題目 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 工作進度情況 前期完成課題申報表、任務書、開題報告等表格的填寫，并查閱文獻為模具設計做好準備。 主要完成了操縱箱某結(jié)構(gòu)件沖壓模具的結(jié)構(gòu)分析，材料性能分析，將零件結(jié)構(gòu)簡化，然后確定模具類型和沖裁工藝方案，最后參考模具設計書進行計算。 是否符合任務書要求進度 是 能否按期完成任務 能 工作態(tài)度情況 (態(tài)度、紀律、出勤、主動接受指導等) 畢業(yè)設計期間，能夠認真完成任務，按時出勤，主動向老師報告設計和設計過程中出現(xiàn)的問題，并針對出現(xiàn)的問題查閱資料，反思設計過程中出現(xiàn)的問題，保證設計的順利進行。 質(zhì)量 評價 (針對已完成的部分) 針對前期制定的設計說明方案進行模具設計，所涉及的模具方案及尺寸合理。 存在問題和解決辦法 在模具設計過程中，對于一些參數(shù)的選擇存在一些問題，而且CAD圖存在許多細節(jié)問題。 檢查人簽名 教學院長簽名 畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表 學院： 機電工程學院 專業(yè)： 材料成型及控制工程 學生： 學號： 題目： 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計? 評價 項目 評價要素 成績評定 優(yōu) 良 中 及格 不及格 工作 態(tài)度 工作態(tài)度認真，按時出勤 能按規(guī)定進度完成設計任務 選題 質(zhì)量 選題方向和范圍 選題難易度 選題理論意義和實際應用價值 能力 水平 查閱和應用文獻資料能力 綜合運用知識能力 研究方法與手段 實驗技能和實踐能力 創(chuàng)新意識 設計 論文 質(zhì)量 內(nèi)容與寫作 結(jié)構(gòu)與水平 規(guī)范化程度 成果與成效 指導 教師 意見 建議成績 是否同意參加答辯 評語： 本課題對操縱箱結(jié)構(gòu)件進行沖壓模具設計， 該用血在畢業(yè)設計過程中態(tài)度認真負責、積極主動，獨立查閱和應用相關(guān)文獻資料的能力較強，具有良好的分析能力和解決問題的能力、具備較強的對立閱讀的能力、研究計算結(jié)構(gòu)準確、設計合理有依據(jù)，能很好完成畢業(yè)設計的相關(guān)內(nèi)容，論文書寫合乎規(guī)范、文字流暢、邏輯性強。 ? ? 指導教師簽名： 年 月 日 工程學院畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱表 學院： 機電工程學院 專業(yè)： 材料成型及控制工程 學生： 學號： 題目： 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 評價 項目 評價要素 成績評定 優(yōu) 良 中 及格 不及格 選題 質(zhì)量 選題方向和范圍 選題難易度 選題理論意義和實際應用價值 能力 水平 查閱和應用文獻資料能力 綜合運用知識能力 研究方法與手段 實驗技能和實踐能力 創(chuàng)新意識 設計 論文 質(zhì)量 內(nèi)容與寫作 結(jié)構(gòu)與水平 規(guī)范化程度 成果與成效 評閱 教師 意見 建議成績 是否同意參加答辯 評語： ? ? ? ? ? ? 評閱教師簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）答辯及綜合成績評定表 學 院 機電工程學院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學生姓名 學 號 指導教師 設計論文題 目 挖掘機智能操作箱箱體注塑模具設計 答辯時間 2018年 5月 28 日 9時 00分至9 時 20分 答辯地點 敬本樓C304 答辯小組成 員 姓名 劉憶 何敏 石端虎 董妍 職稱 教授 副教授 教授 教授 講師 答辯 記錄 提問人 提問主要內(nèi)容 學生回答摘要 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 答辯記錄人簽名： 答辯 小組 意見 答辯評語： ? ? ? 答辯成績： 答辯小組組長簽名： 綜合 成績 評定 指導教師評定成績 評閱教師評定成績 答辯成績 綜合評定成績 答辯委員會主任簽名： ? 年 月 日 ? 、 畢業(yè)設計（論文） 外文翻譯 學生姓名 班 級 14材控1 學 號 20130603118 學院名稱 機電工程學院 專業(yè)名稱 材料成型及控制工程 指導教師 2018年 5月 26日 中文與畢業(yè)設計（論文）格式一致。 外文原文可以是pdf格式，也可以是word格式，但要保持與原文一致。 正文為先英文，翻譯。 譯文字數(shù)不少于4000字。 立體光照成型的注塑模具工藝的綜合模擬 功能性零部件都需要設計驗證測試，車間試驗，客戶評價，以及生產(chǎn)計劃。在小批量生產(chǎn)零件的時候，通過消除多重步驟，建立了有快速成型形成的注塑模具，這種方法可以保證縮短時間和節(jié)約成本。這種潛在的一體化由快速成型形成注塑模具的方法已經(jīng)被多次證明是可行的。無論是模具設計還是注塑成型的過程中，缺少的是對如何修改這個模具材料和快速成型制造過程的影響有最根本的認識。此外，數(shù)字模擬技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為模具設計工程師和工藝工程師開注塑模具的有用的工具。但目前所有的做常規(guī)注塑模具的模擬包已經(jīng)不再適合這種新型的注塑模具，這主要是因為模具材料的成本變化很大。在本文中，以完成特定的數(shù)字模擬注塑液塑造成快速成型模具的綜合方法已經(jīng)發(fā)明出來了，而且還建立了相應的模擬系統(tǒng)。通過實驗結(jié)果表明，目前這個方法非常適合處理快速成型模具中的問題。 關(guān)鍵詞 注塑成型,數(shù)字模擬,快速成型 1.引言 在注塑成型中，聚合物熔體在高溫和高壓下進入模具中。因此，模具的材料需要有足夠的熱性能和機械性能來經(jīng)受高溫和高壓的塑造循環(huán)。許多研究的焦點都是直接有快速成型形成注塑模具的過程。在生產(chǎn)小批量零件的時候，通過消除多重步驟，直接由快速成型形成的注塑模具可以保證縮短時間和節(jié)約成本。這種潛在的有快速成型形成注塑模具的方法已經(jīng)被證明成功了。快速成型模具在性能上是有別與傳統(tǒng)的金屬模具。主要差異是導熱性能和彈性模量(剛性)。舉例來說，在立體光照成型模具中的聚合物的導熱率小于鋁制的工具的千分之一。在用快速成型技術(shù)來制造鑄模時，整個模具設計和注塑成型工藝參數(shù)都需要修改和優(yōu)化，傳統(tǒng)的方法是改變徹底的刀具材料(不過，目前還沒有對如何修改這個模具材料的方法有根本的了解(在當前的模具中，僅僅改變一些材料的性能是不能得到一個合理的結(jié)果的。同樣，使用傳統(tǒng)方法的時候，實際生產(chǎn)的零件也會有出先次品。因此，研究出一個快速成型過程，材料和注塑模具之間的互動關(guān)系是非?；鸺钡?。這樣就可以確定模具設計標準和快速模具的注塑的技術(shù)。 此外，計算機模擬是一種預測模塑件的質(zhì)量的有效的方法。目前，商用仿真軟件包已經(jīng)成為模具設計師和工藝工程師在注塑過程中例行性的工具。不幸的是，目前常規(guī)注塑成型的模擬程序已經(jīng)不再適用于這個快速成型模具，因為它極大的需要不同的刀具材料。例如，利用現(xiàn)在的仿真軟件在鋁和立體光照模具之間做個實驗比較一下，雖然鋁模具模擬植的部分失真是合理的，但是結(jié)果是不可以接受的，因為誤差超過了百分之五十。在注塑成型中，失真主要是由于塑料零件的收縮和翹曲，模具也是一樣的。對于通常模具，失真的主要因素是塑料件的收縮和翹曲，這個在目前的模擬中能測試準確。但是對于快速成型模具，潛在的失真會更多，在當前的測試中，其中就會有些失真會被忽視。例如，用一個簡單的三步驟模擬分析模具變形的時候，就會出現(xiàn)很多偏差。 在本文中，基于以上分析，一個新的快速成型模具的仿真系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來了。擬議制度著重于預測部分失真，主要是用與預測快速成型模具的缺陷。先進的仿真系統(tǒng)可以用于預測快速成型模具設計和工藝是否最合理。我們的仿真系統(tǒng)已經(jīng)被我們的實驗證明是沒有錯誤的。 雖然有很多材料可以用于快速成型技術(shù)，但是我們還是專注于利用立體光照模具的技術(shù)來制造聚合物模具(立體光照成型的過程是利用激光能量一層一層建立零件的部分。使用立體光照則可以體現(xiàn)出雙方在快速成型工業(yè)的商業(yè)優(yōu)勢，而且在以后也可以生產(chǎn)出準確的，高品質(zhì)的零部件。直到最近，立體光照主要是用于建立物理模型，為了檢查視覺效果，僅僅只利用了它的一點點功能。不過，新一代的立體光照的光改善了立體化，機械性能，熱學性能，所以它可以更好的應用于實際的模具中。 2 綜合仿真的成型過程 2.1 方法 為了在注塑成型過程中模擬立體光照模具的功能，反復的試驗中得到了一個方法。不同的軟件組已經(jīng)開發(fā)出來了，而且也已經(jīng)做到了這一點。主要的假設是，溫度和負載邊界條件造成立體光照模具的扭曲，仿真步驟如下: ,部分幾何模型則作為一個實體模型，這將通過流量分析軟件包被翻譯到一個文件中。 ,模擬光聚合物模具中熔融體填充的過程，然后輸出溫度和壓力的資料。 ,在前一步獲得了熱負荷和邊界條件，然后對光模具進行結(jié)構(gòu)分析，其中失真的計算是在該注塑過程中進行的。 ,如果模具的扭曲收斂了，那么直接進行下一步(否則，扭曲的型腔(改動扭曲后的型腔的尺寸)返回第二個步驟，以熔體形式模擬注入扭曲的模具中。 ,然后注射成型零件的收縮和翹曲模擬就開始應用了，算出該成型零件最終的扭曲部分( 上述的模擬流動中，基本上是三個仿真模塊。 2.2充型模擬的熔體 2.2.1數(shù)字建模 計算機仿真技術(shù)已經(jīng)能成功的預測到在極其復雜的幾何形狀下的填充情況。然而，目前大多數(shù)字模擬是基于一種混合有限元和有限差的中性平面上的。模擬軟件包的應用過程 18 基于這一模型說明圖,。然而，不同與,,,系統(tǒng)中模具設計中的表面,實體模型，這里所謂的中性平面(如圖所示，圖,,)是一個假想的在中間型腔中有距離和方向的一個平面，這個平面可能會在應用的過程中帶來很大的不便。舉例來說，模具表面常用于目前的快速成型系統(tǒng)中(通常是,,,格式)，所以當用模擬軟件包的時候，第二次建模是不可避免的。那是因為模型在快速成型系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)中是不一樣的?？紤]到這些缺點，在模擬系統(tǒng)中，型腔的表面將以基準面來引入，而不是中性平面。 根據(jù)以往的調(diào)查，流量和溫度場的方程式可以寫為: X,Y是中性平面坐標系中的兩個平面，,是高度坐標，,，,，,是,，,，,方向上的速度(,，,是整體的平均厚度，η, ρ,CP (T), K(T)分別表示聚合物的粘性，密度，周期熱，熱導率。 圖, ,,,是中性平面的模擬程序(,是,維表面模型，,是中性平面模型，,是網(wǎng)狀的平面模型， ,是最后的模擬結(jié)果 此外，在高度方向上的邊界條件的誤差可以表示為: 正如圖,中的,中表示，TW 是恒壁溫度.結(jié)合方程,,,和方程,,,，表明了u, v, T, P在,坐標上面應該是對稱的，因此在上半個高度中的平均u, v應該和整個高度中的平均u, v是一樣的。根據(jù)這個特點，我們可以把整個型腔在上下高度上分為兩個部分，正如圖,,中的第一部分和第二部分。同時，型腔(如圖,,)表面產(chǎn)生的三角有限元將替代了中性平面(如圖,,)。因此，在高度方向上的有限元誤差僅僅限于型腔表面，正如圖,,所示，高度上的誤差將從,到,。這是中性平面上的單一性。此外，從圖,,到圖,,，坐標也隨之改變了。為了配合上述調(diào)整，方程仍是用方程,,,。然而，原來的 19 邊界條件高度方向則改寫為: 與此同時，為了保持在同一坐標(,)上的兩部分能夠流動，那么更多的邊界條件必須滿足,,,。 下標I和II則分別代表第一部分和第二部分的參數(shù)(Cm-I 和Cm-II 則表示在填充階段中分開的兩個表面上的自由移動的熔融線。 應該指出的是，方程,與,,和方程,與,不同，,和,,在數(shù)字模擬過程中將變的更難，主要原因是以下幾點: ,同一個斷層的表面都已經(jīng)都已經(jīng)有著特殊的網(wǎng)格，這將導致同一層上的獨特的格局(因此，在比較兩個熔接口的時候，應該計算出各自的u, v, T, P。 ,因為兩個部分都有各自的流道通向節(jié)點,和節(jié)點,(如圖,,所示)(在同一段中，有可能兩個都充滿，也有可能一個滿，一個空(這兩個情況應該分開處理，應該平均流動，使后者也分配到流動。 ,這意味著在前線熔合處出現(xiàn)一點點小的誤差是可以允許的(通過控制時間和選擇更好的位置來控制前線熔合節(jié)點。 ,每個流場的邊界都擴張到熔線前線，所以核查方程,,是否準確是相當重要的。 ,鑒于上述分析，在同一個節(jié)點處的物理參數(shù)應該加以比較和調(diào)整。所以在進行模擬之前，描述同一節(jié)點有限元的信息應該準備好，也就是說，匹配的原理應該先預備好。 圖, ,,,表明表面模型中的中性平面,的高度方向,上的邊界條件 2.2.2數(shù)字模擬 壓力場(在建模中，粘度 η是由于熔提的剪切速率，溫度和壓力引起的性能(剪切變稀后，這就代表一個跨越式的模式，例如: 20 其中對應于冪律指數(shù)，τ的特點是在在牛頓和冪律漸近極限之間的剪應力過渡區(qū)。無論在溫度還是壓力指數(shù)上，η0(T, P)都可以有合理的表示，詳情如下: 方程11和12構(gòu)成了一個五個常數(shù)，可以代表粘度，而且通過粘度的剪切速率的計算可以得到: 根據(jù)上述情況，通過方程1—4，我們可以推斷出一下充氣壓力方程: 其中S是由計算出來的。運用伽遼金方法，對壓力的有限元方程推導為: 其中l(wèi)是所有要素的的導線，包括節(jié)點N，而且其中i和j代表此處的N節(jié)點的數(shù)目，的計算方法如下: 其中代表三角有限元，而代表有限元中的壓力。 溫度場中，為了確定高度方向上的誤差，應該在模具表面上分為一層一層的三角有限元的網(wǎng)格。左邊的能量方程4可以表示為: 其中代表每一層N節(jié)點上的溫度。熱傳導的計算方法是: 其中l(wèi)是所有要素，包括節(jié)點N，而且i和j分別代表此處的N節(jié)點個數(shù)。 21 對流項的計算方法是: 當是粘性熱時，計算方法是: 把方程17—20帶入方程4，溫度方程變?yōu)? 2.3 模具結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)分析的目的是預測在填充過程中，模具由于熱和機械壓力而產(chǎn)生的變形。這個模型是基于一個三維熱邊界元法。邊界元法是比較適合這個應用的，因為只有變形的模具表面才有這樣的信息。此外，邊界元法有一個優(yōu)點，那就是在計算變形的模具的時候，它的計算是不會白費的。 模具在所受載荷超過彈性范圍的時候會產(chǎn)生應力。因此，在決定模具變形的時候，模具材料是一個基準。模具的熱性能和力學性能是各向同性的，而且溫度也是獨立的。 盡管這個過程是循環(huán)的，但是相同時間的溫度和熱流都是可以用于計算模具變形的(通常情況下，在模具里面每個瞬間溫度都局限于型腔的表面和噴嘴的頂端。在觀察距離的時候，瞬間的衰減變化是很微笑的，小于,(,毫米(這說明在模具的噴嘴處的變形是很小的，因此，忽略這個影響也是合理的(穩(wěn)態(tài)溫度場滿足拉普拉斯方程?2T = 0的邊界條件。至于機械邊界條件，型腔表面受到熔體的壓力，模具的表面會連接到工作臺上的，而其他的外部表面將會假設是自由的.熱邊界的推導方程,,是大家都知道的，這是由于: 其中uk, pk和,分別是位移，牽引力和溫度。α, ν是代表材料的膨脹系數(shù)和泊松比。Ulk是在,,方向上基本的位移。在一個三維空間中，各向同性彈性區(qū)域中，由一個單元產(chǎn)生的負荷主要集中在xl方向上，它是以下面的形式產(chǎn)生的: 其中δlk是Kronecker三角函數(shù)，μ是該模具材料的剪切模量。Plk的基本收縮都是在模具表面的每個,節(jié)點處測量的，可以表示為: 整個,將分散在模具的表面上，轉(zhuǎn)變?yōu)榉匠?,: 其中Γn是指在這個區(qū)域上的表面成分。 把恰當?shù)木€性函數(shù)代入方程,,，得到的線性邊界方程就是模具的方程(這個方程適用于每個離散的模具表面，從而組合成線性方程組，其中,是節(jié)點的總數(shù)。每個節(jié)點有八個相關(guān)數(shù)量，三個位移組成部分，三個牽引組成部分，還有溫度和熱流量。在穩(wěn)態(tài)熱模型中，每個節(jié)點處的溫度和磁場是已知的，余下的,個量中，三個必須是已知的。此外，在若干個節(jié)點處的位移值的方程必須消除剛體運動和剛體自轉(zhuǎn)的奇異系統(tǒng)。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)方程式是一個集合起來的綜合矩陣，它可以為有限元方法求解。 基于方程,,的注塑假設，下面將給出元件的應力和應變: 該偏元件的應力和應變分別是: 用類似的方法可以預測在回火玻璃中的殘余應力了。以積分的形式在平面上分析粘性 23 和彈性結(jié)構(gòu)關(guān)系時，可以表示為以下公式: 其中G1是材料的的剪切模量。擴張的應變的情況如下: 其中,是材料體積的彈性模量，α和θ的定義是: 如果α(t) = α0，那么方程,,到方程,,的結(jié)果則為: 同樣的，利用方程,,到方程,,消除應變εxx(z, t)，得到: 利用拉普拉斯變化方程,,，輔助系數(shù)R(ξ)由下面的方程得出: 利用上述方程,,，并簡化在模具中的應力和應變的形式，那么注塑中殘余的應力在冷卻階段中，由下面的方程獲得: 方程,,可以通過梯形正交被解決。由于材料的時間在快速的變化，所以需要一個準數(shù)控程序來檢測。輔助模量是檢測數(shù)控梯形的規(guī)則。 關(guān)于翹曲分析，節(jié)點位移和曲率將以殼單元表達為: 24 其中[ k ]單元剛度矩陣，[Be]是衍生算子矩陣，1dbrrvf是位移，{re}是 負載單元，可以由下面的方程得出: 使用完整的三維有限元分析法的好處就是可以準確知道翹曲的結(jié)果。但是，當零件的形狀很復雜的時候，它也是相當麻煩的。在本文中，在殼體理論基礎(chǔ)上介紹了一種二維有限元分析方法。這種方法被大量使用是因為大多數(shù)注塑模具的零件都有一些部分幾何的厚度遠遠小于其他部分。因此，那些部分則可以被作為一個集會的單元來預測翹曲。每三個節(jié)點殼單元組合成一個恒應變?nèi)菃卧鸵粋€離散克?；舴蛉窃鐖D,所示，因此翹曲可以分為平面伸展變形,,,和板彎曲變形,,,。并相應的以單元剛度矩陣來描述翹曲的拉伸剛度矩陣和彎曲剛度矩陣。 圖, a-c是殼單元在局部坐標系統(tǒng)里的變形分解(a是平面伸展元素，b是平面彎曲元素，c是殼單元 三 實驗驗證 對提出的模型進行了評定和發(fā)展，最后核查是非常重要的。從模型模擬中得到的扭曲數(shù)據(jù)將和文獻,中的立體光照模具數(shù)據(jù)比較。如圖,所示，有一個注塑尺寸36 × 36 × 6毫米和實驗數(shù)據(jù)中是相同的。薄壁和加強筋的厚度都是1.5毫米，這個注塑材料是聚丙烯。注 25 塑機的型號是ARGURY Hydronica320-210-750，它的工藝參數(shù)是，熔解溫度是,,,度，模具溫度是,,度，注塑壓力是,,.,,帕，保壓時間是,秒，冷卻時間是,,秒。立體光照模具材料使用杜邦SOMOSTM,,,,樹脂，能抵御高達,,,度的高溫。如上所述，熱傳導是區(qū)分立體光照模具和傳統(tǒng)模具的一個重要因素。模具中的熱量轉(zhuǎn)移會產(chǎn)生溫度的不均勻分布，所以導致了成型零件的翹曲(立體光照成型模具的周期是可以預測的。以高的熱傳導率金屬為背面做的薄殼立體光照模具將會增加自身的熱傳導率。 圖, 模型腔 圖, 不同的熱傳導率下，在,方向上的扭曲失真比較(實驗值，三步走和常規(guī)都是指最后的實驗結(jié)果(常規(guī)是指實驗 中最好的結(jié)果(三步走步驟的模擬過程分別與傳統(tǒng)的注塑成型相似 圖, 在不同的熱傳導率下，在,方向上的扭曲失真比較 26 圖, 在不同熱傳導率下，在,方向上扭曲失真比較 圖, 不同熱傳導率下各個捻度變量的比較 對于這個部分，扭曲包括三個方向上的位移和捻度(兩個最初的平行邊的夾角的誤差)(如圖,到圖,，實驗結(jié)果表明，這些數(shù)值也包括通過傳統(tǒng)注塑模具模擬系統(tǒng)預測的扭曲值和報道,,,中的三步驟。 ,結(jié)論 本文介紹了一個綜合模擬的快速成型模具的方法，并且建立了相應的仿真系統(tǒng)。為了驗證這個系統(tǒng)，實驗還進行了快速焊接立體光照成型模具。 很明顯，立體光照模具也會出現(xiàn)傳統(tǒng)的注塑模具模擬軟件一樣的故障(假設由于注射中的溫度和負載荷引起了扭曲(那么用三步驟完成的話，結(jié)果也會出現(xiàn)比較多的誤差。不過更先進的模型會使結(jié)果更接近與實驗。 立體光照模具改進了熱傳導率極大的增加了零件質(zhì)量(由于溫度比壓力(負載)對模具的影響更大，所以改進立體光照模具的熱傳導率可以更顯著的提高零件質(zhì)量。 無論零件多么復雜，快速成型技術(shù)可以使人們造型更快，更便捷，更便宜(在快速成型穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)上，快速制造也將隨之而來，并且需要更多的精確工具來確定工藝過程的參數(shù)(現(xiàn)行的模擬工具不能滿足研究者研究模具相對的變化。正如本文中所述，對于一個綜合模型來說，要預測最后零件質(zhì)量是相當重要的。在不久的將來，我們期待看到通過快速成型擴展到快速模具制造的模擬程序。 參考文獻 [1] Wang KK (1980) System approach to injection molding process. 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