CN103286297A - 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法 - Google Patents

一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103286297A
CN103286297A CN2012100523753A CN201210052375A CN103286297A CN 103286297 A CN103286297 A CN 103286297A CN 2012100523753 A CN2012100523753 A CN 2012100523753A CN 201210052375 A CN201210052375 A CN 201210052375A CN 103286297 A CN103286297 A CN 103286297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
casting machine
rigidity
die
die casting
clamping mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100523753A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103286297B (zh
Inventor
刘林强
范进桢
王新良
周刚
周长桥
华旭
王婉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Lk Technology Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Lk Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Lk Technology Co Ltd filed Critical Ningbo Lk Technology Co Ltd
Priority to CN201210052375.3A priority Critical patent/CN103286297B/zh
Publication of CN103286297A publication Critical patent/CN103286297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103286297B publication Critical patent/CN103286297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种压铸机的优化设计方法，提供了一种据运动学和弹性体动力学系统设计原理，对压铸机锁模机构进行了系统分析和优化，降低了压铸机的初始启动速度及整机的重量和体积，降低了锁模机构的设计难度，提升了压铸机锁模性能的卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，解决了现有技术中存在的无法通过调整机构参数来使压铸机运行平稳高效，并在运动特性、力放大比以及在变形和刚度等方面使压铸机锁模性能协调和优化等的技术问题，它以运动学分析和弹性体动力学分析多重优化为目标，从系统工程角度研究了机构长度、角度之间的关系，揭示了肘杆锁模机构系统刚度间内在关系与变化规律。

Description

一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法
技术领域
本发明涉及一种压铸机的优化设计方法，尤其涉及一种可提升压铸机锁模性能的卧式压铸机锁模机构的优化设计方法。
背景技术
压铸加工生产是一种优良的无切屑先进成型加工工艺，它具有零件尺寸精度高、表面光洁度高、机械性能好、生产效率高、节约原材料等优点，因此在汽车、机械、仪表、航空、电器等领域已得到广泛应用。压铸机锁模机构一般是由三大板和机铰机构组成，工作时由锁模油缸的推力通过肘杆机构的力放大效应来实现锁模效果，锁模机构的动作原理为：当液压油进入锁模油缸时，推动锁模活塞带动十字头使钩铰绕支点摆动，通过长铰将力传递给动模板，产生锁模动作。为了适应不同厚度的压铸模，用调模齿轮带动调模板和动模板作水平移动，然后锁紧调节螺母，要求调整到模具闭合时形成机构的自锁。根据机器要满足的锁模特性，要求动模板在锁模行进过程中速度均匀且较快，接近模具时的速度尽量低，在锁模过程中避免肘杆和模板产生干涉，足够的锁模力，为保证压铸加工精度，模板变形要求在允许范围内，为保证零组件不会因为大变形而导致破坏，要求整个锁模系统和单个零件的变形不超过允许范围等，因此在压铸机锁模装置的设计中，往往需要注意如下几点要求：（1）足够的锁模力；（2）为了用较小的油缸推力得到较大的锁模力，需要有较大的力的放大作用，这样不仅使合模装置结构紧凑，尺寸小而重量轻，使油压系统更经济更节能；（3）用相同的油缸行程获得较大的模板行程；（4）动模板在运动时有较好的运动特性，即实现慢-快-慢的自然变速开闭模过程，以减少开闭模终了时的冲击和振动；（5）为保证压铸加工精度及防止系统和单个零件变形过大导致破坏，要求对整个锁模机构系统和单个零件的刚度进行最小限制；（6）有较短的轴向尺寸，以减少机器重量和占地面积。但现有的双肘杆式合模装置就上述六点难以取得较好的统一，特别是锁模机构的力放大特性和运动特性较难得到较好的平衡效果，当改变一些局部参数时，锁模力的放大比倍数变大，但行程比变小，运动特性变差，反之亦然。因此两者是相互制约的，难以使两者都能达到很好的效果，但是从系统工程角度来研究，还是可以从机构长度、角度、刚度等方面来综合研究机构长度、角度、刚度对压铸机锁模力放大比、行程比、总体刚度、运动平稳性等方面的影响关系与变化规律，进而对机构长度、角度、刚度等参数进行优化配置，以获得符合压铸模锁模性能最优要求的压铸机锁模机构。因此如何通过调整机构参数来使压铸机运行平稳高效，并在运动特性、力放大比以及在变形和刚度等方面使压铸机锁模性能协调和优化是人们急需解决的技术问题。 
中国专利公开了一种直压式合模锁模机构（CN201618838U）包括动型板、静型板、大杠、开合模缸、锁模缸，静型板与机台固定连接，动型板由开合模缸驱动并与机台导轨滑动配合，大杠与机台导轨轴向平行、与动型板滑动配合且两端分别位于动型板两侧，且其中一端与静型板固定连接，设置有相配合的调节丝杆和螺纹导筒，调节丝杆和螺纹导筒同开合模缸轴向平行，调节丝杆和螺纹导筒其中之一为固定件，另一个为转动件，其中固定件与大杠轴向位置固定，转动件与动型板轴向位置固定，设置有传动机构与驱动装置，转动件通过传动机构与驱动装置相连。此装置虽然通过调节丝杆和螺纹导筒避免了调模对油缸行程的影响，通过油缸死点提高锁紧力，从而克服压射料时的瞬间冲击力，以提高直压式合模锁模机构的刚性。但此装置同样存在无法通过调整机构参数来使压铸机运行平稳高效，并在运动特性、力放大比以及在变形和刚度等方面使压铸机锁模性能协调和优化等的技术问题。
发明内容
本发明主要是提供了一种根据运动学和弹性体动力学系统设计原理，对压铸机锁模机构进行了系统分析和优化，降低了压铸机的初始启动速度及整机的重量和体积，降低了锁模机构的设计难度，提升了压铸机锁模性能的卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，解决了现有技术中存在的无法通过调整机构参数来使压铸机运行平稳高效，并在运动特性、力放大比以及在变形和刚度等方面使压铸机锁模性能协调和优化等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，包括如下步骤：
（1）将锁模机构分解为双肘杆机构、哥林柱和三大板三个机构；
（2）建立锁模机构的运动方程，对双肘杆机构进行优化设计，以压铸机初始合模速度、压铸机力放大比、行程比、机构总长、锁模刚度建立多目标优化函数，并根据机构空间和刚度确定优化约束函数，并通过遗传算法求解；
（3）根据运动优化及弹性体动力学确定肘杆机构、哥林柱和三大板参数，包括如下步骤：
a.根据双肘杆机构运动优化要求确定双肘杆机构中的杆长、角度和三大板铰点的位置高度；
b.确定三大板和哥林柱的刚度尺寸参数，根据有限单元法计算肘杆机构、三大板和哥林柱的变形结果对刚度进行分析验证；
（4）根据杆长、夹角、刚度因素对压铸机锁模的影响，建立锁模机构的设计方法，对杆长、夹角、刚度进行优化设计。
压铸机锁模机构是通过固定在尾板上的合模油缸活塞杆作用于十字头，使两组肘杆机构作曲臂（开模）、扩臂（合模）运动，从而带动与之联接的中板作往复直线运动，完成开模与合模动作。在合模的过程中，合模油缸是源动力，机铰是执行机构，且其运动的大部分是做辅助动作，仅其最后的几十毫米对锁紧起作用，后面这个阶段称之为锁模阶段。锁模时，以钩铰和长铰之间的连接处来把锁模力的走向分为两个方向，两个方向上的锁模力大小相等、方向相反，完成了整个锁模动作。在靠近动模板的一端，锁模力通过长铰传递到动模板上，再由动模板传递到左半部分压铸模具上；而在靠近调模板的另一端，通过长铰传递到调模板上，再由调节螺母（传递到哥林柱上，紧固哥林柱螺母进一步传递到定模板上，最后由动模板传递到右半部分压铸模具上。
这样，锁模机构的三大板（调模板、动模板、定模板）与4根哥林柱、上下两套肘杆形成了一个力的封闭系统。肘杆部分主要受压，压缩变形，哥林柱主要受拉，受拉伸长，三大板主要产生弯曲变形，有一个弯曲的挠度，而动模板和定模板之间的模具则对压铸零件施加压铸加工所需的锁模力。锁模时，肘杆式锁模机构的实际锁模力                                               
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE002
是跟系统内的各个组件的刚度紧密相关的，并随调模板轴向位置的预调量而变化。锁模机构的产生的锁模力最终取决于系统内的弹性变形。压铸时，动模板、定模板上的两半模具接触时，具有一定接触速度，机铰自身参数不同，其运动特性就相差较大，在模具接触的瞬间，如果合模速度较高，则会产上冲击和振动，使动模板实际承受动态的交变应力，影响模具的使用寿命。动态下的交变应力和冲击能量是否被吸收与接触速度的大小有关，一般情况下，冲击能量被吸收越多、接触速度越小，动态下的交变应力也就越小，这有利于提高模具的寿命。因此，需要压铸机能提供合适的合模速度。压铸机在一个工作循环中，动模板运动的速度有三种不同阶段：空程速度，锁模速度，回程速度。从提高生产率考虑，希望动模板速度快、单位时间行程次数多；从提高模具寿命和有利于金属成形考虑，希望接触速度低、锁模速度变化小。综合这两方面的要求，对压铸机动锁模机构的运动特性要求是：锁模速度比较低，空程和回程速度要快且平稳；启动时，启动速度尽量小，防止启动冲击。另外，强化锁模机构刚度，降低锁模机构重量，是压铸机锁模机构设计中深入研究的重要课题，从压铸机锁模机构结构特点上来看，锁模力的产生是系统内各个零件在锁模力循环系统的作用下产生相互作用力，并产生一定的弹性变形而达到的，在弹性变形过程中，每个零件的刚度不同，所以每个零件的弹性变形量不同，但从整个大的锁模机构系统来看，最后体现的是协调后的系统总弹性变形，进而也体现了压铸机锁模机构的系统总刚度。因此，刚度的设计考虑一定不能孤立地来考虑，而是要系统地考虑各个零件之间的刚度以及其间的联结，考虑到零件刚度之间的协调。例如，钩铰、长铰和哥林柱之间的刚度中，起决定作用的是主要为哥林柱刚度、钩铰刚度
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE006
、长铰刚度
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE008
，但需要和因此，我们可以设置合理的优化边界条件和总刚目标函数，使系统的刚度刚好满足标准锁模力的要求，而有满足运动条件和节约材料。因此为了实现对卧式冷室压铸机锁模机构的性能优化，需要建立该机构的运动方程，该机构可以分解为两大机构系统，即肘杆机构（主要考虑合模速度）和三大板系统（主要考虑锁模刚度），双肘杆机构由钩铰、长铰、短铰和十字头组成，三大板结构主要由调模板、动模板、定模板构成，三大板之间通过大小销轴把上下肘杆机构并联而成，其中的肘杆机构是由钩铰与长铰串联起来，然后再由短铰和十字头并联起来组成，三大板结构是通过四根哥林柱把调模板、动模板、定模板并联而成，最终肘杆通过调模板和动模板上的铰耳与三大板系统组成一个并联系统；根据结构强度所要求的各项尺寸和具体结构空间确定出能实际应用的有效参数，是具体结构设计和锁模机构参数设计的一个重要辅助过程；通过有限元分析对系统刚度进行核算，分析得到影响系统刚度的主要因素：哥林柱直径和钩铰、长铰的横截面面积及长度等；运用有限元分析程序，对钩铰进行受力分析与结构分析；而对于哥林柱则不仅应保证强度方面的要求，更应对其刚度予以充足保证。
作为优选，所述的步骤（2）中的优化约束函数和目标优化函数如下：
（1）；
（2）
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE012
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE014
为上下两个钩铰铰点之间的垂直距离；
（3）
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE016
；
（4）
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE018
；
（5）
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE020
， 
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE022
是根据安装和加工环境条件设定的最小值；
（6）
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE024
，
其中的是实际压铸机工作时的输入输出运动行程比；
（7）力放大比倍数：
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE032
为设计要求的最小力放大比倍数；
（8）行程比
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE036
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE038
为设计行程比值；
（9）动模板速度与油缸速度比值：
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE040
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE042
为动模板速度与油缸速度比值系数；
（10）油缸推力
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE044
：
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE048
为压铸机油缸的最大许用推力值；
（11）总刚条件： 
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE050
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE052
为最小锁模刚度、C1为钩铰总刚度、C2为长铰总刚度、Cp为哥林柱总刚度、Cm为动模板刚度、Cd为定模板刚度、Ct为调模板刚度；
（12）刚度配比范围：
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE054
，
其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE056
的取值为[3.5至4.5]；
（13）锁模角
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE058
：
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE060
，
其中的
Figure 254208DEST_PATH_IMAGE058
为油缸推力最大时与斜排连线的夹角；
其中的（1）至（6）为主要优化约束条件，（7）至（13）为附加优化约束条件，且：
Figure 46714DEST_PATH_IMAGE062
~
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE064
为机铰的长度；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE066
为合模过程中后肘杆与撑直状态下连线的夹角；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE068
为合模过程中合模油缸的推力；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE070
为机铰间的摩擦系数；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE072
为哥林柱与动模板间的摩擦系数；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE074
为长铰与水平线夹角   
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE076
；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE078
为推力角：
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE080
；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE082
为斜排角；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE084
为杆长比   
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE086
；
为总刚度；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE090
为钩铰的总刚度；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE092
为长铰的总刚度 ；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE094
为哥林柱的总刚度。
在对锁模机构进行优化设计时，必须考虑到以下条件：一是必须确保机构在运行过程中不发生自锁；二是为保证机构在运行过程中不发生干涉，需要对机构中的参数如杆长、角度等做一定限制；三是为保证锁模过程的稳定可靠，在动模板到终锁位置时，应把短铰与轴线夹角即推力角应限制在一定范围内； 四是为保证锁模机构的稳定性，在压铸锁模过程中，哥林柱必须是受拉变形；五是为保证压铸机能够合理装配，总体尺寸合理，必须限制机构的总长、总宽等尺寸在一定范围内；基于上述要求，在优化过程中，可以通过加约束条件来实现：一是为确保压铸机性能满足要求，限制力放大比；二是为确保压铸机综合性能满足要求，限制行程比在一定的范围内；三是为确保压铸机整体尺寸要求，限制整体轴向尺寸在一定的范围内；四是为防止瞬时速度波动过大，限制最大瞬时速度比在合理范围内；五为构建包含力放大比和行程比的多目标优化目标函数；其中的
Figure 971593DEST_PATH_IMAGE010
为机铰运动过程中不发生自锁的条件；为钩铰围绕调模板铰点转动时不发生干涉的条件； 
Figure 56541DEST_PATH_IMAGE016
为动模板在哥林柱上滑动时不发生自锁的条件；
Figure 879003DEST_PATH_IMAGE018
为推力角的约束范围条件。
作为更优选，根据有限元分析结果对钩铰和长铰的刚度设置纠正系数， 其中的
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE096
，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE098
，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE100
为钩铰材料弹性模量，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE102
为长铰材料弹性模量，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE104
为钩铰的横截面面积，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE106
为长铰的横截面面积，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE108
为钩铰长度，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE110
为长铰长度，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE112
为钩铰的刚度纠正系数，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE114
为长铰的刚度纠正系数。
在对钩铰和长铰的刚度计算中，根据有限元分析结果对传统的刚度计算公式进行了修正，并设置一个纠正系数，而据对于哥林柱的刚度计算，由于其比较结果相差不大，所以不用设定刚度纠正系数。
作为优选，设定三大板的弹性变形范围和整个锁模系统和单个零件的刚度允许范围。
作为优选，所述的锁模机构的参数设计，包括如下步骤：
（1）构建压铸机锁模机构虚拟样机数字模型；
（2）对压铸机锁模机构进行运动学分析，根据力放大比、行程比、机构长度分析机构杆长、角度等优化参数；
（3）运用有限元分析方法和弹性体动力学分析方法进行弹性动力学分析，并根据弹性动力学分析结果计算机构各个部件的变形及刚度分布；
（4）构建运动学和动力学系统，优化非线性多目标优化约束函数和目标函数，运用遗传算法编程进行求解；
（5）根据锁模肘杆机构杆长和夹角进行锁模力和锁模刚度分析和验算。
因此，本发明的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法具有下述优点：以运动学分析和弹性体动力学分析多重优化为目标，从系统工程角度研究了机构长度、角度之间的关系，揭示了肘杆锁模机构系统刚度间内在关系与变化规律。该方法在满足机器各项性能要求的情况下，优化了行程比和锁模力放大比的组合，优化了局部零件刚度和总锁模刚度，降低了初始启动速度，降低了机构的重量与轴向长度，提高了锁模机构的设计水平，获得了具有良好锁模性能的压铸机锁模机构。
附图说明： 
图1是本发明优化前的动模板运动参数对比图；
图2是本发明优化后的动模板运动参数对比图；
图3是本发明中锁模力和油缸推力随油缸输入位移变化曲线。
具体实施方式：
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例： 
本发明的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法， 采用弹性体动力学分析方法和数值优化方法，系统地研究了在满足上述压铸机锁模机构运动优化的基础上，进一步分析计算在锁模过程中系统产生的弹性变形情况，进而优化锁模机构的刚度配置，并主要考虑了以哥林柱直径，钩铰和长铰的长度及横截面面积等参数为刚度优化参数，从而使零件之间的刚度达到合理的匹配，强化了锁模机构的性能，降低了锁模机构的重量，提高了锁模可靠性。首先，为了实现对卧式冷室压铸机锁模机构的性能优化，需要建立该机构的运动方程，该机构可以分解为两大机构系统，即肘杆机构（主要考虑合模速度）和三大板系统（主要考虑锁模刚度），在对锁模机构进行优化设计时，必须考虑到以下条件：
（1）必须确保机构在运行过程中不发生自锁；
（2）为保证机构在运行过程中不发生干涉，需要对机构中的参数如杆长、角度等做一定限制；
（3）为保证锁模过程的稳定可靠，在动模板6到终锁位置时，应把短铰与轴线夹角即推力角应限制在一定范围内； 
（4）为保证锁模机构的稳定性，在压铸锁模过程中，哥林柱必须是受拉变形；
（5）为保证压铸机能够合理装配，总体尺寸合理，必须限制机构的总长、总宽等尺寸在一定范围内；
基于上述要求，对压铸机进行相应的优化设计，主要的优化约束函数和目标函数如下：
Figure 517008DEST_PATH_IMAGE062
~
Figure 653592DEST_PATH_IMAGE064
——机铰的长度参数
Figure 260153DEST_PATH_IMAGE066
——合模过程中后肘杆与撑直状态下连线的夹角
Figure 191200DEST_PATH_IMAGE068
——合模过程中合模油缸的推力
Figure 883213DEST_PATH_IMAGE070
——机铰间的摩擦系数
Figure 557908DEST_PATH_IMAGE072
——哥林柱与动模板间的摩擦系数
Figure 81293DEST_PATH_IMAGE074
——长铰与水平线夹角   
Figure 448820DEST_PATH_IMAGE076
Figure 628129DEST_PATH_IMAGE078
——推力角：
Figure 840936DEST_PATH_IMAGE080
Figure 422090DEST_PATH_IMAGE082
——斜排角
Figure 694939DEST_PATH_IMAGE084
——杆长比   
Figure 355685DEST_PATH_IMAGE086
Figure 372182DEST_PATH_IMAGE088
——总刚
Figure 870160DEST_PATH_IMAGE090
——钩铰的总刚度，
Figure 579490DEST_PATH_IMAGE096
；
Figure 467811DEST_PATH_IMAGE100
为钩铰材料弹性模量， 
Figure 288000DEST_PATH_IMAGE104
为钩铰横截面面积，
Figure 578167DEST_PATH_IMAGE108
为钩铰长度，
Figure 458398DEST_PATH_IMAGE112
为根据有限元分析计算结果分析得到的刚度计算公式纠正系数
Figure 834016DEST_PATH_IMAGE092
——长铰的总刚度，
Figure 254633DEST_PATH_IMAGE098
；
Figure 664885DEST_PATH_IMAGE102
为钩铰材料弹性模量， 
Figure 716018DEST_PATH_IMAGE106
为长铰横截面面积，
Figure 578932DEST_PATH_IMAGE110
为长铰长度，
Figure 740923DEST_PATH_IMAGE114
为根据有限元分析计算结果分析得到的刚度计算公式纠正系数
Figure 740103DEST_PATH_IMAGE094
——哥林柱的总刚度，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE116
；
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE118
为钩铰材料弹性模量， 
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE120
为哥林柱横截面总面积，
Figure 2012100523753100002DEST_PATH_IMAGE122
为哥林柱受拉段长度，据有限元分析结果和实际公式计算结果分析，结果相差不大，故不设刚度纠正系数
主要优化约束条件： 
1、
Figure 644693DEST_PATH_IMAGE010
；
此约束为机铰运动过程中不发生自锁的条件
2、
Figure 994903DEST_PATH_IMAGE012
；
此约束为钩铰围绕调模板铰点转动时不发生干涉的条件，
Figure 22902DEST_PATH_IMAGE014
是上下两个钩铰铰点之间的高度距离
3、
Figure 142168DEST_PATH_IMAGE016
；
此约束为动模板在哥林柱上滑动时不发生自锁的条件
4、
Figure 269524DEST_PATH_IMAGE018
；
此约束为推力角的约束范围条件
5、
Figure 107029DEST_PATH_IMAGE020
， 
Figure 610823DEST_PATH_IMAGE022
是考虑安装和加工环境条件的最小取值；
6、
Figure 850175DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 148432DEST_PATH_IMAGE026
是考虑实际压铸机工作时的输入输出运动行程比；
附加优化约束条件：
7、力放大比倍数
Figure 535551DEST_PATH_IMAGE028
：
为设计要求的最小力放大比倍数；
8、行程比
Figure 406052DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure DEST_PATH_IMAGE123
Figure 890254DEST_PATH_IMAGE038
为要求设计达到的行程比值；
9、动模板速度与油缸速度比值：
Figure 1430DEST_PATH_IMAGE040
Figure 967372DEST_PATH_IMAGE042
是为降低瞬时冲击对动模板速度与油缸速度比值设置的一个系数，根据实际情况来定一个范围；
10、所需油缸推力
Figure 935328DEST_PATH_IMAGE044
：
Figure 969143DEST_PATH_IMAGE046
Figure 618430DEST_PATH_IMAGE048
该型号压铸机选用油缸许用最大推力；
11、总刚条件：
其中的
Figure 497842DEST_PATH_IMAGE052
为最小锁模刚度、C1为钩铰总刚度、C2为长铰总刚度、Cp为哥林柱总刚度、Cm为动模板刚度、Cd为定模板刚度、Ct为调模板刚度；
12、刚度配比范围：
Figure 18953DEST_PATH_IMAGE054
根据实际经验，取值在[3.5,4.5]范围内
13、锁模角
Figure 129308DEST_PATH_IMAGE058
：
Figure 376750DEST_PATH_IMAGE060
Figure 385157DEST_PATH_IMAGE058
为油缸推力最大时与斜排连线的夹角，根据经验根据经验
Figure 216027DEST_PATH_IMAGE058
取2.5°至3°之间
根据上述功能要求，在优化过程中，可以通过加约束条件来实现：
（6）为确保压铸机性能满足要求，需要限制力放大比，
（7）为确保压铸机综合性能满足要求，需要限制行程比在一定的范围内；
（8）为确保压铸机整体尺寸要求，需要限制整体轴向尺寸在一定的范围内；
（9）为防止瞬时速度波动过大，应限制最大瞬时速度比在合理范围内；
（10）构建包含力放大比和行程比的多目标优化目标函数；
（11）必须限制所需的最大油缸输入推力在该型号压铸机选配油缸的许用最大推力内；
（12）必须限制最小锁模刚度在设计范围内；
（13）必须限制锁模角在一个合理的范围内，以保证锁模系统具有足够的弹性和刚度。
（14）需构建一个包含刚度相关（主要为哥林柱刚度
Figure 634370DEST_PATH_IMAGE004
、钩铰刚度
Figure 864494DEST_PATH_IMAGE006
、长铰刚度
Figure 659275DEST_PATH_IMAGE008
）的多目标优化目标函数；
（15）钩铰刚度
Figure 291245DEST_PATH_IMAGE006
、长铰刚度
Figure 880489DEST_PATH_IMAGE008
主要与钩铰、长铰的横截面面积及长度相关，而哥林柱刚度
Figure 857629DEST_PATH_IMAGE004
在机器总长变化不大的情况下，主要与其横截面面积相关，即与其横截面直径
Figure DEST_PATH_IMAGE125
相关。因此，上述刚度相关的多目标优化目标函数可以转化为以
Figure 190521DEST_PATH_IMAGE104
、
Figure 676998DEST_PATH_IMAGE108
、、
Figure 969756DEST_PATH_IMAGE110
和
Figure 106339DEST_PATH_IMAGE125
的多目标优化目标函数。
基于上述两个功能要求，进行卧式压铸机锁模机构参数优化设计，具体优化设计过程如图7所示，
① 构建压铸机锁模机构虚拟样机数字模型；
② 对压铸机锁模机构进行运动学分析，以运动学优化有关的力放大比、行程比、机构长度等为优化目标，分析运动学优化有关的机构杆长、角度等优化参数；
③ 运用有限元分析方法和弹性体动力学分析方法，对压铸机锁模机构进行弹性动力学分析，根据弹性动力学分析结果，得到机构各个部分的变形结果及刚度分布；
④ 根据实际工程经验，构建运动学和动力学系统优化非线性多目标优化约束函数和目标函数，运用遗传算法编程进行求解；
⑤ 根据优化结果参数（锁模肘杆机构杆长和夹角）进行整体结构的锁模力和锁模刚度分析和验算。
优化前后的参数如图1和图2所示，
在压铸机的锁模机构的优化设计中，必须考虑到结构强度所要求的各项尺寸和具体结构空间，才能确定出能实际应用的有效参数，所以具体结构设计和锁模机构参数设计是一个相辅相成的过程。
通过有限元分析对系统刚度进行核算，分析得到影响系统刚度的主要因素有：哥林柱直径和钩铰、长铰的横截面面积及长度。运用有限元分析程序，对钩铰进行受力分析与结构分析，发现钩铰边L2和L3的微小变化将引起最大锁模力的较大变化，其对优化结果影响很大；而对于哥林柱则不仅应保证强度方面的要求，更应对其刚度予以充足保证。
另外，在对钩铰和长铰的刚度计算中，根据有限元分析结果对传统的刚度计算公式进行了修正，并设置一个纠正系数，其中，，
Figure 706265DEST_PATH_IMAGE098
；、
Figure 72972DEST_PATH_IMAGE102
为钩铰、长铰材料弹性模量， 
Figure 596357DEST_PATH_IMAGE104
、
Figure 963885DEST_PATH_IMAGE106
为钩铰、长铰的横截面面积，、
Figure 418317DEST_PATH_IMAGE110
为钩铰、长铰长度，
Figure 999471DEST_PATH_IMAGE112
、为根据有限元分析计算结果分析得到的刚度计算公式纠正系数。而据对于哥林柱的刚度计算，其比较结果相差不大，故不设刚度纠正系数。
因此本发明具有下述优点：在压铸机锁模机构的设计中，依据实际设计经验和压铸机实际工作原理，综合应用运动分析、弹性力学变形分析和有限元分析方法，系统地研究了机构长度、角度和刚度对整个肘杆锁模机构的合模、锁模性能的影响，并进行了进一步优化，使锁模机构系统需要既满足运动功能，又满足刚度要求，合理布置锁模系统的刚度分布，使合模时既平稳可靠，又速度快，效率高，并且实现在锁紧位置满足标准锁模力对系统和结构刚度的要求。
实际优化结果分析如下：
钩铰长度：
Figure DEST_PATH_IMAGE129
；
长铰长度：
Figure DEST_PATH_IMAGE131
；
钩铰夹角：；
短铰长度：
Figure DEST_PATH_IMAGE135
；
钩铰对角边长度：
Figure DEST_PATH_IMAGE137
；
运动优化分析结果如图3所示：
锁模力1600KN，动模板行程＝390mm，锁模力放大比增大了10.7%，行程比增大了3%，初始速度减小了-42.6%，满足优化设计要求。
压铸机锁模刚度分析：
实例中，哥林柱轴向抗拉应力为81.23*2=162.46MPa，轴向变形为0.7848mm，轴向应变为1.413E-4，钩铰轴向平均抗压应力为111.1MPa，轴向变形为0.1215mm，轴向应变为4.783E-04，长铰轴向抗拉应力为83.4MPa，轴向变形为0.1474mm，轴向应变为5.182E-4，动模板的最大轴向挠度为0.1351mm，调模板的最大轴向挠度为0.2188mm，定模板的最大轴向挠度为0.1444 mm，满足刚度要求。
表1  优化后的效果对比分析
比较项目 合模力 模板行程 锁模力放大比 行程比 初始速度比值
原有性能 1600KN 380mm 23.11 0.98 1.62
优化后结果 1600KN 380mm 25.58 1.01 0.93
改善幅度 / / 10.7% 3% -42.6%
表2  传统算法结果与有限元分析两种方法的刚度计算结果对比
项目 传统算法(N/m) 有限元分析结果(N/m) 对比误差 刚度纠正系数
哥林柱： 2.5416e+9 2.5072e+9 -1.30%  
钩铰 14.053e+9 10.980e+9 -21.8% 0.78
长铰 10.877e+9 9.0261e+9 -17.0% 0.83
动模板 / 11.811e+9 /  
调模板 / 7.5947e+9 /  
定模板 / 10.502e+9 /  
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将锁模机构分解为双肘杆机构、哥林柱和三大板三个机构；
（2）建立锁模机构的运动方程，对双肘杆机构进行优化设计，以压铸机初始合模速度、压铸机力放大比、行程比、机构总长、锁模刚度建立多目标优化函数，并根据机构空间和刚度确定优化约束函数，并通过遗传算法求解；
（3）根据运动优化及弹性体动力学确定肘杆机构、哥林柱和三大板参数，包括如下步骤：
a.根据双肘杆机构运动优化要求确定双肘杆机构中的杆长、角度和三大板铰点的位置高度；
b.确定三大板和哥林柱的刚度尺寸参数，根据有限单元法计算肘杆机构、三大板和哥林柱的变形结果对刚度进行分析验证；
（4）根据杆长、夹角、刚度因素对压铸机锁模的影响，建立锁模机构的设计方法，对杆长、夹角、刚度进行优化设计。
2.根据权利要求1所述的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的优化约束函数和目标优化函数如下：
（1）                                               
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE004
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE006
为上下两个钩铰铰点之间的垂直距离；
（3）
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE008
；
（4）；
（5）
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE012
， 
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE014
是根据安装和加工环境条件设定的最小值；
（6）
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE016
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE018
是实际压铸机工作时的输入输出运动行程比；
（7）力放大比倍数
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE022
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE024
为设计要求的最小力放大比倍数；
（8）行程比
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE026
：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE028
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE030
为设计行程比值；
（9）动模板速度与油缸速度比值：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE032
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE034
为动模板速度与油缸速度比值系数；
（10）油缸推力
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE036
：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE038
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE040
为压铸机油缸的最大许用推力值；
（11）总刚条件： 
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE042
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE044
为最小锁模刚度、C1为钩铰总刚度、C2为长铰总刚度、Cp为哥林柱总刚度、Cm为动模板刚度、Cd为定模板刚度、Ct为调模板刚度；
（12）刚度配比范围：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE046
，
其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE048
的取值为[3.5至4.5]；
（13）锁模角
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE050
：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE052
，
其中的
Figure 722250DEST_PATH_IMAGE050
为油缸推力最大时与斜排连线的夹角；
其中的（1）至（6）为主要优化约束条件，（7）至（13）为附加优化约束条件，且：
Figure 738748DEST_PATH_IMAGE054
~
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE056
为机铰的长度；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE058
为合模过程中后肘杆与撑直状态下连线的夹角；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE060
为合模过程中合模油缸的推力；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE062
为机铰间的摩擦系数；
为哥林柱与动模板间的摩擦系数；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE066
为长铰与水平线夹角   
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE068
；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE070
为推力角：
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE072
；
为斜排角；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE076
为杆长比   
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE078
；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE080
为总刚度；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE082
为钩铰的总刚度；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE084
为长铰的总刚度 ；
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE086
为哥林柱的总刚度 。
3.根据权利要求2所述的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，其特征在于：根据有限元分析结果对钩铰和长铰的刚度设置纠正系数， 其中的
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE088
，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE092
为钩铰材料弹性模量，为长铰材料弹性模量，为钩铰的横截面面积，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE098
为长铰的横截面面积，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE100
为钩铰长度，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE102
为长铰长度，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE104
为钩铰的刚度纠正系数，
Figure 2012100523753100001DEST_PATH_IMAGE106
为长铰的刚度纠正系数。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，其特征在于：设定三大板的弹性变形范围和整个锁模系统和单个零件的刚度允许范围。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法，其特征在于：所述的锁模机构的参数设计，包括如下步骤：
（1）构建压铸机锁模机构虚拟样机数字模型；
（2）对压铸机锁模机构进行运动学分析，根据力放大比、行程比、机构长度分析机构杆长、角度等优化参数；
（3）运用有限元分析方法和弹性体动力学分析方法进行弹性动力学分析，并根据弹性动力学分析结果计算机构各个部件的变形及刚度分布；
（4）构建运动学和动力学系统，优化非线性多目标优化约束函数和目标函数，运用遗传算法编程进行求解；
（5）根据锁模肘杆机构杆长和夹角进行锁模力和锁模刚度分析和验算。
CN201210052375.3A 2012-03-02 2012-03-02 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法 Active CN103286297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210052375.3A CN103286297B (zh) 2012-03-02 2012-03-02 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210052375.3A CN103286297B (zh) 2012-03-02 2012-03-02 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103286297A true CN103286297A (zh) 2013-09-11
CN103286297B CN103286297B (zh) 2016-02-03

Family

ID=49088115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210052375.3A Active CN103286297B (zh) 2012-03-02 2012-03-02 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103286297B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109550920A (zh) * 2018-11-22 2019-04-02 中山市盛力机械科技有限公司 一种压铸机注塑机的合模机构
CN110509516A (zh) * 2019-09-02 2019-11-29 珠海格力智能装备有限公司 注塑机的调模方法及装置
CN111619044A (zh) * 2020-06-28 2020-09-04 无锡海天机械有限公司 模板刚性比较方法及成型模具
CN111922316A (zh) * 2020-08-03 2020-11-13 广东省智能制造研究所 一种压铸机机铰系统的设计方法
CN112776288A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 珠海格力智能装备有限公司 锁模装置的优化方法和锁模装置
CN113139250A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 珠海格力智能装备有限公司 哥林柱疲劳寿命预测方法、装置、设备及计算机可读介质
CN116484655A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 宁波力劲科技有限公司 一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001239563A (ja) * 2000-03-02 2001-09-04 Japan Steel Works Ltd:The トグル式射出成形機の型締力調整方法およびその装置
CN200942570Y (zh) * 2006-08-08 2007-09-05 尔信机械(江门)有限公司 动导向锁模机构
JP2008110498A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Meiki Co Ltd 射出成形機の型締装置および射出成形機の成形方法
CN101861239A (zh) * 2007-08-13 2010-10-13 内兹塔尔机械公司 用于注塑机的模具闭合的方法以及模具闭合装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001239563A (ja) * 2000-03-02 2001-09-04 Japan Steel Works Ltd:The トグル式射出成形機の型締力調整方法およびその装置
CN200942570Y (zh) * 2006-08-08 2007-09-05 尔信机械(江门)有限公司 动导向锁模机构
JP2008110498A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Meiki Co Ltd 射出成形機の型締装置および射出成形機の成形方法
CN101861239A (zh) * 2007-08-13 2010-10-13 内兹塔尔机械公司 用于注塑机的模具闭合的方法以及模具闭合装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王国宝等: "注塑机双曲肘合模机构的优化设计研究", 《工程塑料应用》 *
郭策等: "注塑机双曲肘合模系统优化设计的研究", 《机械科学与技术》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109550920A (zh) * 2018-11-22 2019-04-02 中山市盛力机械科技有限公司 一种压铸机注塑机的合模机构
CN110509516A (zh) * 2019-09-02 2019-11-29 珠海格力智能装备有限公司 注塑机的调模方法及装置
CN111619044A (zh) * 2020-06-28 2020-09-04 无锡海天机械有限公司 模板刚性比较方法及成型模具
CN111619044B (zh) * 2020-06-28 2022-04-05 无锡海天机械有限公司 模板刚性比较方法
CN111922316A (zh) * 2020-08-03 2020-11-13 广东省智能制造研究所 一种压铸机机铰系统的设计方法
CN112776288A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 珠海格力智能装备有限公司 锁模装置的优化方法和锁模装置
CN113139250A (zh) * 2021-04-19 2021-07-20 珠海格力智能装备有限公司 哥林柱疲劳寿命预测方法、装置、设备及计算机可读介质
CN113139250B (zh) * 2021-04-19 2023-08-11 珠海格力智能装备有限公司 哥林柱疲劳寿命预测方法、装置、设备及计算机可读介质
CN116484655A (zh) * 2023-06-21 2023-07-25 宁波力劲科技有限公司 一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法
CN116484655B (zh) * 2023-06-21 2023-08-25 宁波力劲科技有限公司 一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103286297B (zh) 2016-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103286297A (zh) 一种卧式压铸机锁模机构的优化设计方法
US9931684B2 (en) Forming die and method of using the same
CN102397908B (zh) 高频颤振冷挤压模具
CN107423512B (zh) 一种大型压铸机尾板的轻量化设计方法
CN204382688U (zh) 一种带有多连杆锁模机构的内高压成形油压机
CN104551838B (zh) 一种组合式弹簧变形补偿装置
CN203665980U (zh) 多连杆双点压力机
CN108035926B (zh) 一种多缸联动液压机液压系统的使用方法
CN203901765U (zh) 一种气动增力式拉杆压力机
CN102758806B (zh) 大梁压机多液压垫同步控制系统
CN203974122U (zh) 一种组合式双向预应力承载机架
CN105234314A (zh) 一种地脚螺栓成型机
CN2749602Y (zh) 板件无铆钉铆接设备
CN106737483A (zh) 发动机平衡轴固定工装
CN203695780U (zh) 紧凑型吊装斜楔
CN108763609A (zh) 一种提高高架桥式龙门机床横梁横向刚度的设计方法
CN203974123U (zh) 一种组合式双x型复合导向系统
CN106391878A (zh) 一种紧凑型高刚性斜楔机构
CN101050809A (zh) 卧式双动冷挤压机传动机构的设计方法
CN2424910Y (zh) 内动直锁双模板式合模机构
Wang et al. Research on optimization for the piston pin and the piston pin boss
CN104015393A (zh) 一种气动增力式拉杆压力机
CN206046761U (zh) 一种开式深喉冲压设备
CN111062161A (zh) 一种大张力高稳定轻小型恒力装置
CN109985939A (zh) 一种大型复杂三维弯曲结构件拉弯成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant