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注塑模具優(yōu)化設(shè)計(jì)為減小溫度偏差 摘要 模具的冷卻對(duì)模具的注塑有很大得影響 因此 這使得它是優(yōu)化模具冷卻回路設(shè)計(jì)時(shí) 設(shè)計(jì)模具前部分 各種方法優(yōu)化了模具冷卻電路已被先前提出的 在這項(xiàng)工作中 模具的 冷卻回路的優(yōu)化自動(dòng)化的商業(yè)過程集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)工具 稱為過程集成 自動(dòng)化和優(yōu)化 PIAnO 這是經(jīng)常用于大型汽車零件 如保險(xiǎn)杠 儀表板 冷卻渠道和隔板管位于偏移 剖面與表面的一部分 冷卻的位置渠道和隔板管的自動(dòng)生成與輸入到模具冷卻計(jì)算機(jī)輔助 工程程序 Autodesk Moldflow Insight 2010 目標(biāo)函數(shù)是模具表面溫度偏離一個(gè)給定的設(shè)計(jì) 溫度 在優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的深度 距離和冷卻直徑渠道和折流板管 一個(gè)更實(shí)際的分析 壓 降和溫降為限值 優(yōu)化采用逐步二次響應(yīng)面方法進(jìn)行 優(yōu)化導(dǎo)致更均勻的溫度分布相比 最初的設(shè)計(jì) 并利用建議優(yōu)化方法 一個(gè)令人滿意的解決方案 可以在一個(gè)較低的成本 關(guān)鍵詞 注塑成型 冷卻通道 冷卻分析 pqrsm 優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 導(dǎo)言 冷卻階段是在注射成型過程中的周期時(shí)間最長的階段 因此 減少周期時(shí) 間的最有效的方法是減少冷卻時(shí)間 冷卻時(shí)間是從根本上的部分的厚度和模具 溫度決定 它創(chuàng)建了一個(gè)冷卻時(shí)間限制 如果模具溫度和厚度的一部分在一個(gè) 整體均勻 冷卻時(shí)間是不是一個(gè)問題 然而 非均勻的部分的厚度和模具溫度 分布整體冷卻時(shí)間延長 一個(gè)較長的冷卻時(shí)間 溫度均勻性差 從而導(dǎo)致部分 經(jīng) 這是特別真實(shí)的大型產(chǎn)品 如汽車保險(xiǎn)杠 儀表板 正是由于這些類型的 零件 在模具設(shè)計(jì)中的溫度均勻性成為最重要的因素 我們開發(fā)了一個(gè)自動(dòng)優(yōu)化的冷卻回路的一部分早期為設(shè)計(jì)檢查設(shè)計(jì)的有效 性 通常早期設(shè)計(jì)由文件 包裝和翹曲分析沒有冷卻分析 這是因?yàn)榧僭O(shè)是 模 具溫度是均勻的 這是不真實(shí)的 提供了一種快速冷卻優(yōu)化電路設(shè)計(jì)部分將幫 助設(shè)計(jì)師正確的設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的是盡量減少部分的溫度偏差用設(shè)計(jì)變量如直徑 和距離的冷卻通道和導(dǎo)流管和深處的部分從模具表面的冷卻通道和折流板管 商業(yè)計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE 工具 Autodesk Moldflow Insight 用于冷卻分析 我們成功地獲得了優(yōu)化的時(shí)間遠(yuǎn)短于冷卻電路可以在手冊(cè)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 為了開 發(fā)自動(dòng)優(yōu)化冷卻回路的實(shí)際模具設(shè)計(jì) 實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)如壓力降的限制和冷卻劑 的溫度上升被認(rèn)為是在優(yōu)化 優(yōu)化技術(shù)的性能可以在響應(yīng)的數(shù)值噪聲的影響 找到一個(gè)最佳的解決方案 有效的數(shù)值時(shí) 噪聲的存在 我們進(jìn)行了優(yōu)化通過施加連續(xù)的近似優(yōu)化 regressionbased 稱為漸進(jìn)式的二次響應(yīng)面法 pqrsm Hong 等人 2000 這 是一個(gè)商業(yè)過程集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)部分 PIDO 的工具 稱為過程集成 自動(dòng)化 和優(yōu)化 PIAnO framax 2009 圖 1 用于優(yōu)化產(chǎn)品的有限元模型 2 模型和信道配置 2 1 模型結(jié)構(gòu)該模型用于優(yōu)化和 CAE 分析是一種汽車前保險(xiǎn)杠 FB 該部分 was1800 600 毫米大小 其元素類型是三角形的 然后在模型中的元素?cái)?shù)量約 為 26000 與 1 5 的平均縱橫比 該模型如圖 1 所示 2 2 冷卻通道配置用于汽車保險(xiǎn)杠模具冷卻電路通常被設(shè)計(jì)成有林電子冷卻通 道的水平面上 從線的冷卻通道的隔板管的安裝 然而 在本設(shè)計(jì)中 不必要 的長板管連接在線冷卻通道可能會(huì)導(dǎo)致在冷卻通道的高的壓力降 該線的冷卻 通道可能不利于模具冷卻由于從零件表面的大的距離 為了提高設(shè)計(jì) 線冷卻 通道位于沿零件表面的偏移剖面如圖 2 所示 在隔板管的端點(diǎn)均位于偏移剖面 線的冷卻通道 無論是線的冷卻通道或隔板管位于偏移剖面等于電弧距離 他們之間 3 Formulation 3 1 設(shè)計(jì)約束的壓力降和冷卻通道的入口和出口之間的溫升的限制也應(yīng)在模具 冷卻回路的設(shè)計(jì)考慮 一個(gè)高的壓降通常發(fā)生在一個(gè)不長的冷卻回路 在一個(gè) 長的冷卻回路 冷卻劑的流動(dòng)率低 結(jié)果在一個(gè)較高的模具溫度 在出口處的 溫度上升 設(shè)計(jì)缺陷可能最終會(huì)在冷卻分析發(fā)現(xiàn) 然而 優(yōu)化已經(jīng)是耗時(shí)的 所以最好是相反的應(yīng)用限制在優(yōu)化的約束條件 本文認(rèn)為 4 線的冷卻通道串接為一簇 如圖 3 所示 集群是由多種并行連接 通常 在一個(gè)集群的最大壓降限制在 200kPa 和在出口的最大溫升 Menges 等人 2001 在冷卻分析 每個(gè)線冷卻通道作為一個(gè)獨(dú)立的電路 方便 因 為有一個(gè)電路 4 線的冷卻通道 對(duì)壓降和每一行中的冷卻通道的溫度上升為 1 25oc 極限 分別 我們也有由于擋板的管的直徑必須大于或等于冷卻直徑附 加約束 通道由于擋板管比冷卻通道下的散熱效率 這里 G1 是對(duì)壓力降的約束 G2 是 對(duì)溫升的約束 G3 代表從冷卻通道的直徑的管 圖 2 冷卻通道位于沿偏移剖面結(jié)構(gòu) 3 2 設(shè)計(jì)變量 在這項(xiàng)工作中 直徑 間距和深度的線冷卻通道和隔板管作為 優(yōu)化設(shè)計(jì)變量 設(shè)計(jì)變量的總數(shù)是 6 通常 該冷卻通道和導(dǎo)流管直徑根據(jù)自 己的經(jīng)驗(yàn)法則的模具設(shè)計(jì)師確定 李仁濟(jì)等人 2010 然而 它已被詳細(xì)研究 模具設(shè)計(jì)師之間的 表 1 顯示了設(shè)計(jì)變量的范圍和初始值 對(duì)冷卻通道的距離 的最小值 擋板間距和擋板的加工要求的約束確定的深度 從模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)獲 得的最大確定了冷卻通道的距離與擋板間距的最大值 擋板的距離是由于在 CAE 軟件自動(dòng)使用約束的離散變量 在這項(xiàng)工作中 優(yōu)化的擋板距離分別為 60 90 和 120 毫米 圖 3 由 4 個(gè)冷卻通道的隔板管簇 圖 4 通過冷卻通道方案的溫度場 3 3 目標(biāo)函數(shù) 模具的冷卻回路優(yōu)化的主要目的是在部分實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布 溫度分布 均勻 冷卻通道的引起的溫度差最小化 如圖 4 所示 在優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是局 部溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差如方程 4 部分的溫度了半模的上 下表面的算術(shù)平均值 從零件的有限元計(jì)算模具表面溫度 在 是部分溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差 我是第 i 個(gè) 元素的溫度 電子戰(zhàn)是整個(gè)三角形單元的平均溫度 和 n 是元素的數(shù)目 4 優(yōu)化 4 1 參數(shù)的研究 為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)變量對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響 壓力降和溫度上升 進(jìn)行參數(shù)研究 一個(gè)參數(shù)的研究 通過改變一個(gè)變量在一定范圍內(nèi) 而所有其他變量保持固定 的執(zhí)行 圖 5 顯示為目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)研究的結(jié)果 壓力下降 溫度升高 分別 為 在每個(gè)圖中 橫軸表示設(shè)計(jì)變量的水平 每一個(gè)設(shè)計(jì)變量分為 11 層 從它 的下限到上限 5 和 5 的平均的上界和下界 分別在研究的溫度差 冷卻通道 的直徑對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響不大 這個(gè)結(jié)果是因?yàn)槔鋮s通道的影響的部分的溫度 要比在汽車保險(xiǎn)杠模具擋板管較小的程度 汽車保險(xiǎn)杠模具有一個(gè)深刻的核心 模具冷卻 而不是取決于隔板管的冷卻通道 對(duì)缺乏影響力的另一個(gè)原因是 流動(dòng)狀態(tài) 冷卻通道參數(shù)研究的范圍內(nèi)保持紊流 冷卻通道通常具有比折流板管直徑較小 的 當(dāng)在隔板管的流動(dòng)處于紊流狀態(tài) 在冷卻通道中的流量將在紊流狀態(tài) 在隔板管直徑顯示一個(gè)有形的影響時(shí) 增加到一定值 直徑的增加變化在管內(nèi) 的流動(dòng)為層流狀態(tài) 這是對(duì)傳熱系數(shù)低的原因相比 湍流流動(dòng)狀態(tài) 這就是為 什么溫度的偏差變大時(shí) 擋管直徑的增加 在所有的參數(shù)中 擋板深度對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響最大 由于擋板深度的增加 目標(biāo)函數(shù)的增加 這意味著 該擋板管更深的位置會(huì)導(dǎo)致溫度的偏差增加 同 時(shí) 它證實(shí)了汽車保險(xiǎn)杠模具冷卻取決于導(dǎo)流管 的冷卻通道和導(dǎo)流管直徑在冷卻回路壓降的影響最大 而其他變量的影響不大 隨著直徑的增加 壓力降減小一定值后 這也是一個(gè)可預(yù)測(cè)的結(jié)果作為一個(gè)大 直徑的減小壓力降 在出口處的溫度上升的影響如圖 7 所示 最有影響力的參 數(shù)是擋板直徑和通道的距離 該擋板直徑的影響顯示的最高值的范圍從 1 到 3 在小擋板直徑的情況下 表面積減少的傳熱可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)較小的溫度上升 而較大的擋板直徑可能導(dǎo)致降低傳熱系數(shù) 由于較低的流動(dòng)率 增加的信道距離意味著每個(gè)冷卻通道占用較大面積的部分表面具有較大的 熱量去除 這可能是為什么通道距離溫升的增加給一個(gè)物理解釋 圖 5 溫度偏差參數(shù)的研究結(jié)果 目標(biāo)函數(shù) 5 結(jié)論 在這項(xiàng)研究中 我們進(jìn)行了冷卻回路的優(yōu)化的汽車前保險(xiǎn)杠 設(shè)計(jì)的目的 是最大限度地減少溫度的偏差而滿足所有約束 有三的設(shè)計(jì)約束條件 包括壓 力 溫度的上升和縱橫比 除了約束六設(shè)計(jì)變量 六個(gè)設(shè)計(jì)變量之間 擋板的 距離為離散的設(shè)計(jì)變量 因此 我們進(jìn)行了優(yōu)化的擋板距離 being60 三例 90 和 120 毫米 在 60 毫米的擋板間距情況下獲得最低的溫度偏差 在這種情況下 溫度的偏差進(jìn)行比較的基線設(shè)計(jì)同時(shí)滿足所有設(shè)計(jì)要求 減少 19 2 據(jù)認(rèn)為 設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法 采用 CAE 仿真工具 通過本文的研究 可以應(yīng)用于許多工業(yè) 生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì) 6 參考 framax 公司 2009 PIAnOtutorial framax 公司 2009 PIAnO 的用戶手冊(cè) 香港 K J Choi D H 基姆 碩士 2000 進(jìn)行二次逼近的方法 有效的大型系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的二階響應(yīng)面模型的構(gòu)建 韓國機(jī)械工程師學(xué)會(huì) 一 24 12 12 3040 3052 koresawa H 和鈴木 H 1999 在注射成型中的冷卻通道布局自治安排 過程 1999 塑 料工程師協(xié)會(huì)年度技術(shù)會(huì)議 1073 1077 門將 G Michaeli W 和 mohren 2001 p 如何使注塑模具 第三版 恒信加德納出 版 Inc 俄亥俄州 298 302 李仁濟(jì) B 公園 C S 昌香港 榮格 H W 李 大學(xué)學(xué)報(bào) 2010 大型注塑件的最佳冷卻回路的自動(dòng)生成 精密工程和制造計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào) 11 444 439