单位文秘网 2021-07-04 08:09:12 点击: 次
摘 要:塑料的各种优异的性能,已成为国防工业、机械、航空、建筑、医药等众多领域不可或缺的重要材料。注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。本文浅谈了对注塑机模板的结构的优化及参数化,仅供参考!
关键词:注塑机模板 优化
模板是注塑机上机械结构的主体,模板重量占整个注塑机重量70%左右,按有限元分析计算的结果,对注塑机关键零部件进行结构拓扑优化设计,可以大大降低原材料,具有极佳的经济价值。因此,对于注塑机模板的优化设计具有重要意义。
1 模板的结构拓扑优化
1.1结构优化综述
结构优化是外载和边界条件一定,将材料最优地分配到预定结构的区域上,从而对结构的尺寸、形状、拓扑和布局的最好设计。形状优化是只对结构的边界条件的优化;结构的拓扑即是对构成结构的区域的空间安排。结构拓扑优化是结构优化中的最难的,拓扑能提高结构的性能。对于连续体结构的优化通常是通过调整这些参数去改变边界的形状。
1.2离散结构拓扑优化
拓扑优化的难度最大,其困难主要在于需要满足一定功能要求的结构拓扑很多,需要设计的领域是未知的,难以进行定量描述或参数化,增添了问题求解难度。后来,将数值方法引入该领域,此后拓扑优化的研究重新活跃起来,陆续有一些解析和数值方面的理论被提出来。基结构就是一个由众多构件连结而成的、包括所有的荷载作用点、支承点在内的结构。
1.3连续体结构拓扑优化
1)均匀化方法。该法是连续体结构拓扑优化中应用最广的方法,这一方法己经被应用于二维、三维连续体结构拓扑化及热弹性结构拓扑优化,并被用于复合材料的设计中。产生由中间尺寸单胞构成的复合材料,以拓展设计空间,由于宏观材料的弹性性质和密度,这样就实现了结构拓扑尺寸优化模型的统一和连续。
2)变厚度法。这种方法属几何描述方式,七理论基础是以基结构中单元厚度为拓扑设计变量,通过分析结果中的厚度分布来确定最优拓扑,尽管方法简单,只是用于处理平面弹性体、受弯薄板、壳体结构的拓扑优化问题,不能用于三维连续体结构拓扑优化。
3)变密度法。该方法在结构碰撞、三维连续体结构、汽车车架设计等问题上应用广泛。该法是材料描述方式,通过假想一种密度可变且材料物理参数与材料密度间的关系,在优化时以材料密度为拓扑设计变量,将问题转换为材料的最优分布来实现结构的优化。
2 注塑机模板结构顺序优化
1)设计出合理的几何模型。几何模型决定了有限元求解的准确性及效率。如可以二维模型代替三维模型,利用二维模型的对称形式,代替三维模型,尽量采用低阶单元,使得运算更简单。
2)科学地选用单元形式和网格划分密度。应遵循应力或应变、变形等计算结果随网格的细化而趋于收敛时确定计算结果的“收敛曲线测试“原则。通过力学模型、求解精度要求、软件系统能力、计算硬件配置等选择合理的单元形式。
3)确定边界条件。合模装置中的模板结构及实际受载分析复杂,根据实际情况简化载荷边界条件和约束边界条件,以方便分析的进行且又能满足一定的模拟精度要求,同时简化计算。
4)模板结构和边界条件的简化:1)可以予以忽略机架对前模板、温度、调模板的约束及模板白身重力对模板的强度和刚度的影响,对于模板上所有承受的载荷要作为均布载荷处理。在对模板分析时,可以沿对称面取四分之一模型进行分析。注塑机在实际长期使用过程中,模板会经常因为应力集中而导致失效,忽略模板上的各种安装螺孔、小的倒角等细部结构能简化计算模型、节约计算成本。
3 注塑机模板的参数化
3.1结构尺寸的确定
从基本结构来确定模板尺寸。先根据铸件投影的最大外廓尺寸,通过《模具设计手册》确定出镶块壁厚尺寸和边界厚度。在知道模板边框厚度尺寸后,就可以计算出模板的总长度和总宽度。模板由于本身几何形状复杂,以及与拉杆联接状况较难确定,所以实际应力状况比复杂。
3.2模板的导向
导柱、导套的中心位置与模板边缘距离一般为导套孔直径的1.25一1.5倍。导柱、导套、导套的位置一般设在模板的四角部位并且最好是其中一个位置错开;每对导柱、导套的分离部位上必须有起模槽,以消除合模导向孔内的气体因受压缩而产生反压力。
3.3工程计算
工程计算要按结合实际模板应力测试情况,按照普通梁的弯曲计算理论进行近似计算。在计算中假设模板作用载荷基本上是对称均布的,对于计算模板根据联接情况,可简化成自由支撑的梁。模板挠度一般按强度计算就可以了,但在接近应力值需按短粗梁进行挠度计算。
4 参数化模型实现
4.1应用层的实现
应用层的参数化模型实质是一个基于特征的模型,其关键是特征及其相关尺寸、公差的描述。定位尺寸是两个属于不同特征的测量实体,一个属父特征,另一个属于子特征。形状特征实际上是几何实体的无任何语义的结构化组合,形状特征与特征之间是一对多的关系,而在实际中,设计人员更多的关注尺寸的大小及其语义,而忽视内部参数。
4.2描述层的实现
一般的尺寸驱动的参数化模型中尺寸与零件或特征的内部参数不是一对一关系。描述层的量化信息则来自尺寸模型。在该过程中,产品特征模型是建立在拓扑模型和几何之上,对零件几何形状的描述,则是通过大量的基本形状的布尔运算来获得的。
5 结语
总之,对于不同型号的注塑机,要对模板进行不同的结构分析,比较各种简化分析结果,选取合适的分析方案,并进行实验测试计比对,实现对注塑机模板进行拓扑优化、拓扑优化结果规整、参数化优化。
参考文献:
1.北京化工大学等.塑料机械设计[M].中国轻工业出版社,北京,P284~287,1983
2.应济,陈子辰等.塑料机前模板的有限元集成分析[J].现代塑料加工应用,P55~59,1995.3
3.樊冰峰.注射机合模机构土要构件的有限元分析及结构优化[学位论文].北京化工学院,1997.5.
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