注塑机固定模板的优化（二）

发布日期：2014/9/3 14:19:53

2    固定模板的拓扑优化
2.1    模型建立及分析
        固定模板的主要作用是固定模具及定位导向,板四角孔处由导向拉杆相连,前方接收熔融塑料,背部固定模具,承受合模时模具压力,底部固定于床身。固定模板基本结构为长方体,左右对称。模板在合模力的作用下主要承受弯曲变形。因此,从等强度观点出发,模板的形状通常设计成带有筋板的截面。
2.2    优化设置
        有限元分析结果表明,固定模板应力满足设计要求,应力最大区域分布在模板背面中心孔边缘、沿米字部位的筋板及拉杆孔周围约束处,模板背面中心孔附近变形最大。
        根据固定模板的结构和工作特点,建立拓扑优化模型。
        对优化目标进行优化设置:
        设置响应:按照变密度法,设置模型的总体积为体积响应;根据静力分析结果,在模型背面的中间孔的周边取8个节点的总位移作为位移响应,在模型正面四个环面旁边分别取2个节点的总位移作为位移响应;
        定义约束:定义总背面的中间孔的周边8个节点的位移上限是0.425~;正面的8个节点的总位移上限是0.125m;
        设置目标函数:设置体积响应为目标函数,目标函数取最小。
2.3    优化解算
        用HyperworkS软件的Opti、truet模块进行优化解算,迭代12次得伪密度为0.6一1.0的云图,可以抽象出固定模板的筋板分布情况。
        根据伪密度模型,用UniGraphics软件建立优化后的几何模型,并将优化后建立的模型进行HyPerworks解算。
2.4    优化结果分析
        将优化后的固定模板模型与实际应用的固定模板对比,得出:
        (l)模板应力基本不变;
        (2)模板的最大位移由0.418mm降低到0.403~,比优化前减少3.5%,刚度略有加强;
        (3)用UniGr叩hics软件计算优化前的模型质量是1906.Ikg,优化后的是1724.4kg,比优化前的模型减少了181,7kg,即减少了9.5%,质量降低幅度明显,实现了结构轻量化的优化目标。
3    结论
        (l)从优化后模型及其应力和位移云图可以看出,对注塑机固定模板进行拓扑优化的结果令人满意,在产品满足技术指标的同时,变形减少3.5%,提高了产品设计刚度;质量减轻9.5%,达到结构轻量化的目的;
        (2)优化结果同时表明,优化区域的选取,外载荷、边界约束条件及目标函数的设置是合理的,符合实际情况;
        (3)与传统的结构设计相比,采用结构拓扑优化的设计方法不仅保证了设计的可靠性,而且还大大缩短了设计周期及降低了成本,明显提高了经济效益,对目前应用较广的箱式模板设计具有重要的工程参考价值。

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