基于数值分析的铜管包装竹塑圆盘模压变形研究及优化

发布时间：2017-08-25 19:07

  本文关键词：基于数值分析的铜管包装竹塑圆盘模压变形研究及优化

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【摘要】：工业革命后的几百年间,人类活动对自然资源的利用程度远远超过以往任何时期的总和。各种新技术、新材料层出不穷,造就了人类无与伦比繁荣的物质生活条件。与此同时,人类的发展对自然环境的破坏也与日俱增。当下,环境问题成为了这个时代最为重要的全球问题之一。而在材料科学方面,全人类形成了前所未有的共识:那就是要开发新型的、环保的、节能的、优质的、可再生的、符合时代发展要求的复合材料。近年来对于包装材料的研究也很多,具体到本文提到的铜管包装圆盘,目前市场上用的最多的是木材。因其取材方便,加工容易,价格低廉得到了最为广泛的应用。木盘重量轻,使用方便,但同时它的缺点也很明显。首先,木盘不能遇水。其次,木盘强度韧性差。还有,木盘都只能是一次性用品它的经济效果很差。本课题探索使用竹塑这一新型环保复合材料制作其包装圆盘,作为木盘的替代品。现在的生产手段和工艺存在较大问题,主要有几个方面:首先,圆盘强度韧性不足容易开裂;其次,圆盘翘曲变形幅度较大、生产良率低;还有,生产工艺不成熟工艺参数不稳定造成生产周期长、成本高。针对这些问题,本文工作主要包括以下几个方面内容:1、分别阐述了本文的研究背景和理论基础以及国内外研究进展,分析了模压圆盘生产过程中产生制品变形的原因和影响因素。2、从产品结构、模具设计、工艺参数优化三个大方面着手研究和分析减少制品变形幅度以及降低制品变形率的问题,找到合理的优化解决措施。3、首先在原有包装木盘的基础上对圆盘结构进行改进。通过力学分析找到在不影响其抗弯强度和刚度的条件下,对圆盘进行结构改进的措施。结合材料本身的流动性差、充模效果不理想、流动剪切大、流动不均匀、压力分布不均匀的特点,针对性的分别设计6种结构。然后对这6种结构分别进行有限元模拟分析,利用数值分析的办法从单个产品的变形点个数、单个变形点变形幅度、批量产品的合格率三个维度进行数值分析,讨论各设计方案的优劣,全面对比之后以找到最合适的设计方案。4、针对本课题所用竹塑材料的自身成型特性重点设计其成型模压模具。根据前面所设计的产品结构首先确定其分型面,然后设计模腔。重点规划其冷却水道的布置还有顶出机构的设计。最后利用有限元分析软件对模具进行充模的模压模拟试验,观察产品的模拟成型效果以衡量模具设计是否合理。5、以熔料温度、模具温度、模压时间、保压时间、冷却时间5个工艺参数作为试验变量,以单个产品的变形点个数、单个变形点变形幅度、批量产品的合格率作为试验指标,进行正交试验。利用数值分析的办法通过分析软件对正交试验的结果进行分析,从而选择出最优的工艺参数。6、按照生产试验要求制备了竹塑原材料,在严格按照正交试验的工艺参数的情况下进行了生产试验,收集试验数据,并把结果与正交试验进行了对比。发现:生产时产品尺寸稳定,变形量和变形范围比较小,说明工艺参数得到了优化;对比生产试验与正交试验的结果,可以看出两者相差不大,而且产品的变形得到了控制,这说明正交试验得到的优化结果具有指导意义。验证了正交试验的结果的正确性,找到了合理的工艺参数。
【关键词】：竹塑复合材料 数值分析 模压成型 正交试验
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB484
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 概述11-12
• 1.2 课题来源、研究目的和意义、创新点及主要内容12-14
• 1.2.1 课题来源12
• 1.2.2 课题研究目的、意义12
• 1.2.3 本文创新点12-13
• 1.2.4 本课题主要研究内容13-14
• 第2章 圆盘的弯曲力学研究和结构优化及有限元分析14-34
• 2.1 竹塑材料简介14-20
• 2.1.1 竹塑材料的组分15-18
• 2.1.2 竹塑复合材料的理论基础18-20
• 2.2 竹塑模压圆盘的力学研究20-25
• 2.2.1 竹塑圆盘整体力学性能分析21
• 2.2.2 包装圆盘抗弯强度21-23
• 2.2.3 包装圆盘抗弯刚度23-25
• 2.3 改善包装圆盘力学性能的措施25-26
• 2.4 竹塑包装圆盘结构优化方案26-30
• 2.4.1 约定基本条件26-27
• 2.4.2 模压包装圆盘建模27-30
• 2.4.3 圆盘设计方案对比分析30
• 2.5 模压包装圆盘有限元分析30-33
• 2.5.1 有限元简介30-32
• 2.5.2 圆盘模压模拟32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 模压模具的结构研究与参数标定34-48
• 3.1 模压设备与模压模具简介34-36
• 3.2 模压工艺与数值模拟技术36-41
• 3.2.1 模压工艺的发展历程36-37
• 3.2.2 模压方法的工序与特点37-39
• 3.2.3 模压数值模拟技术39-41
• 3.3 竹塑圆盘模压模具优化41-46
• 3.3.1 竹塑圆盘模压模具钢材选用42-43
• 3.3.2 竹塑圆盘模压模具型腔设计43-45
• 3.3.3 竹塑圆盘模压模具冷却系统设计45-46
• 3.4 竹塑圆盘模压模拟实验46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 基于正交试验的模压工艺参数优选48-54
• 4.1 正交试验法基本理论48-49
• 4.1.1 试验指标、因子和水平48
• 4.1.2 正交表48-49
• 4.2 确定试验指标及变量赋值49-50
• 4.2.1 确定指标49
• 4.2.2 变量赋值49-50
• 4.3 利用正交试验对竹塑圆盘工艺参数的优化50-53
• 4.3.1 正交试验方案50-51
• 4.3.2 竹塑圆盘的正交试验51-53
• 4.3.3 正交试验结果的数值分析53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 包装圆盘模压成型实验54-58
• 5.1 原料准备54
• 5.2 生产车间机器设备54
• 5.3 竹塑圆盘模压成型实验54-57
• 5.4 试验分析57
• 5.5 本章小结57-58
• 结论与展望58-61
• 总结58-60
• 展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士期间取得的研究成果64-65
• 致谢65

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本文编号：737876