注塑机工字型模板的设计研究.pdf

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1、第42卷第3期塑料工业2014年3月CHINAPLASTICSINDUSTRY·65·注塑机工字型模板的设计研究叶成刚，高世权，陈邦锋，吴俊，张建国(海天塑机集团有限公司，浙江宁波315821)摘要：基于原型模板的拓扑优化结果和材料力学的抗弯截面模量原理，提出由工字梁交叉叠加而成的工字型模板是追求高刚性的最佳拓扑结构，并修正了经典文献中的挠度计算方法。工字型模板设计理念已在海天塑机的主流机型上得到应用，实现了节省材料、降低成本的经济效益。关键词：注塑机；工字型模板；有限元；结构优化DOI：10．3969／j．i

2、ssn．1005—5770．2014．03．008中图分类号：TQ320．662文献标识码：A文章编号：1005—5770(2014)03—0065—02DesignStudyonI-beamPlatensforInjectionMoldingMachineYECheng’gang，GAOShi。quan，CHENBang。feng，WUJun，ZHANGjianguo(HaitianPlasticsMachineryGroup，Ningbo315821，China)Abstract：Onthebasisoft

3、hetopologicaloptimizationresultofplatensandsectionmodulustheoryfrommechanicsofmaterials，theI’beamplatensanditsdeflectioncalculationmethodwerepresentedasthemostrigidtopology．ThisdesignconcepthadbeenappliedtothemajorinjectionmoldingmachinesofHaitianGroup，andob

4、tainedgoodeconomicalbenefit．Keywords：InjectionMoldingMachine；i-beamPlaten；FiniteElement；TopologicalOptimization在注塑机合模过程中，整个合模机构发生弹性变扑优化成果‘’J，提出了新型的工字型模板设计理形。其中，定模板、动模板在锁模时承受着几百吨乃念，该理念与有限元分析校验相结合的方法已普遍应至几千吨的压力，产生弯曲变形。由于模板是用用到海天塑机的主流系列机型的开发中。作固定模具和运动导向的定为基准，其刚

5、度直接影响1工字型模板结构与机理机器性能和制品精度，所以模板质量轻则几吨，重则1．1模板结构拓扑优化几十吨、甚至一百多吨，耗用钢材巨大。变密度法是结构拓扑优化中一种比较有效的方模板的传统分析和设计中，常应用普通梁的弯曲法，其本质是通过材料的伪密度分布来确定结构中材计算理论。即对前模板、动模板计算时，将它简化成料的实际需求，它把拓扑优化的0-1型逻辑组合转化两点自由支撑的梁，其计算截面采用一个等量截为连续变量的优化问题J。面J。诚然，这样的简化方法对模板的强度计算和其数学模型一般描述如下：校验是有些参考意义的，但

6、对于模板的结构设计指导rainc()=UKU=∑()“TKoU意义并不大。也有文献改进为两端固定的普通梁模型，推导出模板厚度计算公式，有一定实用性，但约束条件是：(x)／Vo=_厂，KU=F，0<≤1还是未从本质上揭示主流四柱式模板的力学特性。式中，C是结构总应变能，是优化的目标函数；为工程实践中常见的注塑机模板结构有：箱式、米单元的虚拟密度，是优化设计变量；U是结构位移向型筋和实心的整体结构(尤其在中小机型中)。由于量，是单元位移向量；K是结构刚度矩阵，K。是难以保证模板的刚度，设计往往依靠经验和类比，结单元

7、刚度矩阵；P为常量；V。是结构总体积，是要构比较保守粗笨，耗材巨大，造成了资源浪费和成本保留的体积，两个体积的比例是优化过程的约束函增加。本文基于对注塑机模板十来年的结构分析和拓数。优化过程中，为使连续变量的转化模型逼近传统作者简介：叶成刚，男，1975年生，工学硕士，工程师，主要从事注塑机连杆机构优化、零件结构优化领域的工作。ycg@mail．haitian．con·66·塑料工业的离散变量模型，通过惩罚因子对设计变量在(0，是工字型截面，与材料力学的结论一致。1)间的密度进行惩罚，以尽可能删除中间密度材2工

8、字型模板设计校核与准则料。本文选用注塑机定模扳的1／4对称原型，应用2．1校核计算方法MSC．Patran为前后处理器、MSC．Nastran为求解器、根据交叉叠加理念，文献[2]中的定模板挠度计OptishapeTool为优化器进行拓扑优化，优化后的单算公式修正为：元伪密度结果如下图1所示。弯曲挠度：fb=P[L(L2／2一／4)／4+L31／64]／f12Ej)剪切挠度：f=21P