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                        汽車門鎖注塑工藝

                        添加時間:2018/07/28 來源:江蘇大學 作者:薛世鮮
                        隨著塑料產品在各個領域的廣泛應用,注塑制品的質量要求也不斷提升。傳統方法是依據經驗進行注塑模具設計,并在車間進行反復的工藝調試或模具修改,但存在出錯率大、成本高、時間長的弊端,且塑件綜合質量不能得到很大提高。
                          以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          隨著塑料產品在各個領域的廣泛應用,人們對產品的質量要求也不斷提升。傳統的依據經驗進行注塑模具設計和工藝調試的方法,越來越不能滿足結構復雜、質量要求高的注塑件生產要求,CAE技術的應用給注塑模具和工藝的開發帶來了新的思路,同時能夠縮減產品開發周期、節約成本及提高生產效率。

                          本文以某款汽車門鎖(POM)為研究對象,運用 CAD 設計及有限元數值模擬手段對注塑模進行合理設計,并采用數學優化方法對汽車門鎖注塑工藝進行優化。本文主要研究內容如下:

                          首先,介紹了車用塑料分類和性能、注塑成型技術,分析了注塑成型中常見的缺陷及改善措施。利用 UG 軟件設計汽車門鎖產品,在模具設計過程中借助 Moldflow 模流分析軟件進行注塑成型過程分析,預測各設計方案成型過程中可能存在的缺陷,進而設計出合理的注塑模具結構。

                          本文選取模具溫度、熔體溫度、冷卻時間、保壓壓力與保壓時間這五種工藝參數為設計變量,以翹曲變形量和頂出時體積收縮率為優化質量目標,進行 Moldflow 數值模擬的正交試驗。對試驗結果進行極差和方差分析,預測出了變量對目標的影響規律及顯著順序,同時分別得到翹曲變形量和頂出時體積收縮量分別較小的兩組工藝參數組合。

                          其次,基于正交試驗結果,將翹曲和收縮綜合成單一目標來作為綜合成型質量的評價指標,建立以上因素不同水平對這個單一目標的灰色關聯度模型,進行單一目標尋優;疑P均值越大,則其對單一目標的影響因子越大,產品的綜合質量越好,最后得到最優工藝參數組合。對這一組參數合進行 Moldflow 驗證,結果顯示:在塑件翹曲和收縮得到有效控制的前提下,綜合成型質量得到了較好的提高,翹曲和收縮達到了兼顧改善的成效。

                          最后,選取保壓壓力和熔體溫度這兩個對變形和收縮影響較大的因子作為優化變量,仍以最大變形翹曲和最大頂出體積收縮率為優化目標,利用二階響應面建立變量和目標之間的非線性映射關系,并將兩個目標的響應面等值線進行疊加以尋找最優區域,并得到了精確的最優工藝參數組合(模具溫度 60℃、熔體溫度 180.5℃、冷卻時間 16s、保壓壓力為注射壓力 98.75%、保壓時間 20s)。該組工藝組合的模擬成型結果比灰色關聯的效果更好。

                          依據此工藝參數組合進行模具調試,得到了綜合質量較佳的汽車門鎖塑件,驗證了響應面優化法的準確高效性,并為注塑模具開發和塑件質量提高提供了新的途徑。

                          關鍵詞:汽車門鎖,模具設計,成型工藝,數值模擬,優化方法

                        ABSTARCT

                          With the wide application of plastic products in various fields, the quality requirements on products have been increasing continuously. The traditional methods on experience in injection mold design and process debugging can no longer meet the complex structure and high quality requirements, Therefore, the application of CAE technology has brought new ideas in injection mold and process development, which can save cost, reduce product development cycle and improve production efficiency.

                          In this paper, automobile latch (POM) is taken as the research object. The CAD software and finite element simulation are applied to guide the reasonable design of injection molds, and then the mathematical optimization method is used to optimize the parameters of automobile latch injection molding process. The main contents of this paper are as follows:

                          Firstly, the classification and performance of automotive plastics as well as the injection molding technology were introduced, Besides, the common defects of plastic parts during injection molding and improvement measures were analyzed. The automobile latch model was designed by UG software, the pre-injection analysis of product was performed by the Moldflow software to predict the potential problems during the mold design, and then the reasonable injection mold structure was designed.

                          Five process parameters of mold temperature, melt temperature, cooling time, packing pressure and packing time were selected as design variables to design the orthogonal test by using Moldflow numerical simulation with the minimum warpage and volume shrinkage as optimization targets. The influence of the variables on the target and the significant order were predicted by using range and variance analysis, and the mininal process parameter combination of the warpage and the shrinkage volume was obtained respectively.

                          Secondly, based on the results of orthogonal test, the gray relational model was established to obtain the optimal combination of process parameters through combining warpage and volume shrinkage into single target as the comprehensive quality index. The optimal combination of process parameters was obtained by simulation verification and the result of simulation on this parameter combination indicates that the comprehensive molding quality is improved simultaneously to achieve a balanced optimal effect under the premise of effective control of warpage and shrinkage of this plastic part which is better than analysis of variance.

                          Finally, the pressure and melt temperature were selected as the optimization variables for their great impact on the warpage and volume shrinkage, and warpage and ejection volume shrinkage were still selected as optimization targets, the second-order response surface was used to establish the nonlinear mapping relation between the variable and the target, and the response surfaces of the two targets were superimposed to find the optimal region, Subsequently, the precise combination of the optimum process parameters was obtained(mold temperature is 60℃, melt temperature is 180.5℃, cooling time is 16s, packing pressure is 98.75% of injection pressure, packing time is 20s). The molding results of the process parameters are better than those obtained by gray correlation. According to the combination of this process parameters for mold debugging, automobile latch plastic part with better comprehensive quality can be obtained, which validates the accuracy and efficiency of response surface optimization method and provides the innovate way for developing injection mold as well as improving the quality of plastic.

                          Key words: automobile latch, mold design, injection molding process, numerical simulation,optimization method

                          以某汽車門鎖為研究對象,利用 CAD/CAE 軟件對其進行結構及模具設計,借助 CAE軟件對產品的成型過程進行模擬分析,運用正交試驗法和灰色關聯綜合分析,并借助二階響應面法構建工藝參數與優化目標之間的映射關系,研究了不同工藝參數對塑料件翹曲變形和頂出時體積收縮的影響規律,最終得到了綜合質量較好的合格產品。主要內容安排如下:

                          第一章 緒論。對塑料在汽車上的應用及工藝特性進行了介紹,分析了注塑成型中常見的注塑成型缺陷及改善措施,對注塑成型工藝參數對塑料件成型質量的影響做了概括,闡述了國內外注塑成型數值模擬技術及優化工藝的研究現狀,并總結本文研究的主要內容。

                          第二章 注塑成型CAE技術及應用。概述了注塑CAE技術理論及高聚物的流變學理論,對注塑成型各個階段塑料熔體的流變學現象進行了介紹,并在簡化和假設的基礎上,建立相應的數學模型,對后面研究注塑成型工藝參數優化打下了理論基礎。

                          第三章 汽車門鎖注塑模具設計。根據產品的形狀特點和客戶的特殊要求,借助Moldflow 的模擬分析結果,根據模具設計的原理以及選擇合適的注塑機,運用 CAD 軟件對模具進行整體的設計,為后續的注塑工藝優化提供了指導和基礎。

                          第四章 基于正交試驗的汽車門鎖的工藝優化。選取對汽車門鎖質量有影響的五個因素(模具溫度、熔體溫度、冷卻時間、保壓壓力、保壓時間)為優化變量,以翹曲變形量和頂出時體積收縮率為優化指標進行正交試驗設計,借助 Moldflow 軟件對其進行模擬分析,利用方差和極差分析,分別得到兩個質量指標的最佳工藝參數組合。為了得到指標兼顧改善的工藝參數,需要建立灰色關聯度模型進行綜合的優化,并模擬驗證其準確性。

                          第五章 響應面法注塑工藝優化。由正交試驗和灰色關聯得到對塑料制品影響較大的兩個因素為保壓壓力和熔體溫度,分別建立關鍵因素與翹曲變形和體積收縮率的響應面模型,利用方差分析和顯著性檢驗對模型的有效性進行檢驗,疊加試驗指標的響應面的等值線,找到最優區域,計算得到精確的最優工藝參數組合。同時模擬驗證其準確性,說明了響應面法在優化注塑成型參數以及提高產品質量方面有著重要的指導意義,實現汽車門鎖注塑成型工藝參數的多目標優化。

                          第六章 總結與展望。對全文研究的內容進行了總結,并對論文中需要進一步完善的工作進行了展望。

                          汽車門鎖注塑工藝介紹:

                        體積收縮率的二階響應面
                        體積收縮率的二階響應面

                        體積收縮率的二階響應面等值線圖
                        體積收縮率的二階響應面等值線圖

                        響應面等值線疊加
                        響應面等值線疊加

                        優化后汽車門鎖的翹曲變形
                        優化后汽車門鎖的翹曲變形

                        優化后的汽車門鎖體積收縮率
                        優化后的汽車門鎖體積收縮率

                        EE275-970-50 注塑機
                        EE275-970-50 注塑機

                        注塑模具
                        注塑模具

                        機械手取出產品
                        機械手取出產品

                        水口剪切裝置
                        水口剪切裝置

                        生產的汽車門鎖
                        生產的汽車門鎖

                        測量裝備
                        測量裝備

                        目 錄

                          摘 要
                          ABSTARCT
                          目 錄
                          第一章 緒論
                            1.1 引言
                            1.2 塑料在汽車上的分類及特點
                              1.2.1 汽車內飾件
                              1.2.2 汽車外飾件
                              1.2.3 汽車功能件
                            1.3 常見車用塑料的性能以及成型特性
                            1.4 注塑成型工藝參數對塑件質量的影響
                              1.4.1 溫度參數
                              1.4.2 壓力參數
                              1.4.3 各個階段的時間參數
                            1.5 注塑成型產品常見的缺陷及改善措施
                            1.6 國內外注塑成型研究發展
                              1.6.1 注塑成型數值模擬技術的發展
                              1.6.2 注塑成型工藝優化發展
                            1.7 本文主要研究內容
                          第二章 注塑成型 CAE 技術及應用
                            2.1 注塑成型 CAE 技術
                            2.2 注塑成型流變學數學模型的建立
                              2.2.1 流變學數學基礎
                              2.2.2 影響聚合物流變行為的因素
                            2.3 注塑成型理論基礎
                              2.3.1 填充階段
                              2.3.2 保壓階段
                              2.3.3 冷卻階段
                            2.4 CAE 常用軟件 Moldflow 的介紹
                            2.5 本章小結
                          第三章 汽車門鎖注塑模具設計
                            3.1 汽車門鎖建模
                            3.2 注塑模具設計
                              3.2.1 注塑模的成型零部件的設計
                              3.2.2 注塑機選擇
                              3.2.3 注塑模澆注系統設計
                              3.2.4 注塑模冷卻系統的設計
                              3.2.5 注塑模抽芯機構和頂出系統的設計
                            3.3 注塑模具設計裝配
                            3.4 本章小節
                          第四章 汽車門鎖注塑成型多目標優化
                            4.1 正交試驗法簡介
                            4.2 實驗結果的分析法
                              4.2.1 極差分析
                              4.2.2 方差分析
                            4.3 汽車門鎖注塑成型正交試驗設計
                              4.3.1 試驗評價指標的確定
                              4.3.2 正交試驗的設計
                              4.3.3 翹曲變形正交試驗結果及分析
                              4.3.4 體積收縮率正交試驗結果分析
                            4.4 灰色關聯度分析
                              4.4.1 灰色關聯度理論概述
                              4.4.2 指標間灰色關聯度的計算
                            4.5 試驗結果的綜合比較和分析
                            4.6 本章小結
                          第五章 基于二階響應面的汽車門鎖注塑工藝優化
                            5.1 響應面法概
                            5.2 響應面法的實驗設計
                              5.2.1 等徑實驗設計法
                              5.2.2 變量編碼間的轉換
                              5.2.3 二階響應面模型的建立
                              5.2.4 方差分析以及顯著性檢驗
                            5.3 汽車門鎖的二階響應面模型的建立
                              5.3.1 汽車門鎖的二階響應面模型的建立
                              5.3.2 翹曲變形二階響應面模型方差分析以及顯著性檢驗
                              5.3.3 頂出時體積收縮率的響應面模型的擬合分析
                              5.3.4 響應面分析求最優解
                            5.4 響應面優化結果模擬驗證
                            5.5 生產驗證
                            5.6 本章小結
                          第六章 總結和展望
                            6.1 總結
                            6.2 展望
                          參考文獻
                          致謝
                          攻讀碩士期間發表的學術論文

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