基于CAE与DOE的家用电钻优化设计

发布时间：2017-12-25 02:23

  本文关键词：基于CAE与DOE的家用电钻优化设计　出处：《苏州大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着计算机技术在注塑领域以及产品可靠性检测等领域的深入应用,产品的研发周期以及成本都随之降低。电钻外壳作为重要组件之一,主要利用注塑成型工艺将工程塑料加工而成,其结构设计不仅影响成型质量,同时,对于产品的可靠性也有明显的影响。同时,电钻对于加工精度、使用可靠性、使用寿命、性能水平等均有一定的要求,此时,对于其极限工况下的模拟分析就显得非常必要。本论文以J1Z-FM-13电钻为研究对象,主要工作以及研究成果包括以下三方面:(1)以电钻外壳总体设计的基础上,分析了其复杂的结构特征,利用Moldflow模拟外壳在注塑成型过程中的充填、保压以及翘曲等成型过程,分析了充填时间、充填结束时的压力、熔接痕、流动前沿温度以及翘曲变形,最后得到结果:塑料充填时间短,未出现短射以及滞留等缺陷;充填压力均衡;熔接痕少;流动前沿温度在塑料加工温度范围内;外壳整体变形量小。(2)利用CAE与DOE技术,基于Moldflow仿真实验数据,利用不同的试验方法针对不同目的进行实验。通过全因子实验方法,以熔料温度、模具温度、注射时间、保压压力、保压时间以及冷却时间六个工艺参数作为实验因子,以制品翘曲变形量以及体积收缩率为研究目标,确定了熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间四个工艺参数对于制品翘曲变形量和体积收缩率影响最为显著,并确定了各工艺参数之间的交互作用;根据Moldflow中DOE实验方案最后所得结果,确定最优工艺参数组合。(3)在模流分析优化的基础上,结合可靠性试验的要求,完成了热变形、随机振动、跌落冲击、噪声分析以及关键部位强度校核。在热变形方面,探讨了电钻在极限温度下的应变和应力,且最大应力值小于许用应力值;在随机振动方面,在模态分析的基础上,施加X、Y方向的功率谱密度,结果可看出其3σ应力和变形响应值很小;在跌落方面,从底面、侧面以及45°三个方向上研究外壳跌落瞬间的最大应变情况,最大应力发生在底面跌落,但仍小于其屈服强度;噪声分析结果显示,在第一固有频率导致的声压下,声压值远远小于国标规定;在关键部位的强度校核方面,主要考虑到转子芯轴小齿轮与输出系统的大齿轮之间的啮合情况,结果显示,最大应力发生在转子芯轴小齿轮的接触齿面部分,小于材料对应的屈服强度。最后,利用曲面响应法,进一步探讨电钻外壳设计对于外壳整体的受力、变形的影响。综上所述,在具有较强的工程应用背景下,本文从注塑成型以及可靠性实验两方面,结合优化理论,以此实现CAE技术对于产品结构优化设计的理论指导,进一步为家用电动产品的优化设计提供一定的理论依据。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS914.5

【参考文献】

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本文编号：1330970