注塑机双曲肘合模机构的优化设计研究.pdf

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1、王国宝，等：注塑机最曲肘合模机构的优化设计研究87注塑机双曲肘合模机构的优化设计研究王国宝程珩李福路亮马亚丽(太原理工大学机械电子工程研究所，太原030024)摘要为提高合模机构的工作性能，提出运用Pro／E与ADAMS协同的方法建立合模机构的参数化模型，以力的放大比和行程比为目标函数进行优化的设计方法。通过对双曲肘合模机构的运动和力学特性进行分析，并推导了肘杆机构的几何尺寸及位置尺寸与模板行程、速度及力的放大比之间的关系，建立合模机构的优化模型，对目标函数进行优化。优化结果分析表明，较原方案行程比和力的放大倍数均增大，达到了预期

2、的优化目标，为合模机构设计方案的选择提供了依据。关键词注塑机双曲肘合模机构虚拟样机优化设计合模机构是注塑机中最重要的执行部件之一，1肘杆机构的特性分析是保证模具锁紧和实现其启闭动作及顶出制品的关1．1运动特性分析键部件，其性能将直接影响到塑料制品的质量。目根据合模机构的运动简图进行运动分析，如图前，双曲肘式合模机构是国内外广泛采用的一种结1所示。构形式。该机构充分利用了曲肘连杆机构的行程、速度、力的放大特性和自锁特性，实现了锁模可靠、开合模平稳、合模速度快、能耗低的效果¨J。曲肘式合模机构的设计参数繁多，而且还牵涉到几何学、运动学

3、、动力学及机构的干涉条件和制约等多方面因素，因此设计的产品往往难以达到合模机构的设图1合模机构的运动简图计要求。合模机构传统的设计方法主要通过测绘、图1中、三分别为大曲肘和大连杆的长度，图解、类比、经验设计法等进行结构设计，因此所得，J、￡分别为小曲肘和小连杆的长度，h为十字头的的肘杆机构的几何尺寸和位置尺寸无法达到最佳组高度，为曲肘角，为最大启模角，0为斜排角，合，也无法使机构的运动与力学特性达到最佳。这为楔角，为顶角，为最大顶角，S。为油缸活塞在一定程度上降低了合模机构的性能和实用价的行程；S为动模板的行程。值。近些年，优化设

4、计的方法已应用到各类机械S可用图1中C点的移动量来表示，如式(1)产品的设计中，应用计算机的可视化技术和参数化所示。建模能力，可以对肘杆式合模机构进行优化设计处S=(Lt十L2)cos0一LlCOS(⋯+0)一理，从而减少试验研究经费和时间，提高设计效率。^／／i一[1sin(⋯+)一(。+L2)sin0](1)笔者以WK400小型注塑机的双曲肘合模机构S。可用E点的移动量来表示，如式(2)所示。为研究对象，对合模机构的运动和力学特性进行分S0=L5[COS(y+0)一COS(⋯+0+y)]一析，研究肘杆机构的几何尺寸及位置尺寸与

5、模板行五+程、速度及力的放大比之间的关系，建立了合模机构,／L一[h—L5sin(⋯+0+)](2)的优化数学模型。在此基础上，采用Pro／E与AD—合模机构的行程比R为动模板的行程与活塞AMS协同的方法建立合模机构的虚拟样机，并对其行程的比值j，如式(3)所示。进行运动学及动力学仿真和设计研究，分析设计变R=S／S。(3)量对优化目标的影响程度，选取影响较大的设计变1．2力学特性分析量，利用ADAMS自带的寻优算法寻找出结构参数曲肘系统的力的放大比是动模板的移模力最优的设计方案，使优化后合模机构达到较佳的工作性能。收稿日期：20

6、11．02—1488工程塑料应用2011年，第39卷，第5期与油缸推力的比值。若不考虑机构运动中的摩擦、自重、惯性等因素的影响，根据图2的机构静力学分析可得力的放大比，如式(4)所示。图3合模机构的虚拟样机模型合模机构的参数化只需要将肘杆的几何尺寸与位置尺寸转化到设计点的坐标参数，对设计点的坐标参数化就实现了对模型的参数化。由于双曲肘合模机图2合模机构的受力分析图构是由2套对称的单曲肘机构组成的，因此创建设PLssin(a+0+'，十‘p)4f计变量时可利用坐标的对称性进行简化处理。将合朋(4)sinc。s[+]模机构的肘杆几何尺

7、寸和位置尺寸换算成设计点坐标，根据图1对模型的5个铰点参数化，铰点的坐标式申：A=cos0一in啪。与设计变量的对应关系如表1所示。表1设计变量表2合模机构优化设计的数学模型设计点设计变量初值／mm2．1目标函数与设计参数的选择后支座与后肘杆的铰点ADV_l333．oo后肘杆与前肘杆的铰点AD281．17肘杆式合模机构有其固有的优化特性，追求的后肘杆与前肘杆的铰点BD567．83目标主要有两个：①较大的力的放大比⋯，即用后肘杆与连杆的铰点DD864．62小直径的油缸获得足够的合模力，实现同等功率、降后肘杆与连杆的铰点DD197．4

8、7连杆与十字头的铰点E531．66低合模能耗、提高制品质量的目标；连杆与十字头的铰点E趴312O．o0②较大的行程比R，从而提高动模板的平均前肘杆与前支座的铰点CDl_8522．55速度，提高注塑机的开合模速率、循环次数，缩短成4合模机构的设计研究