注塑机肘杆式合模机构系统结构分析与性能多目标优化

作     者：朱金柏 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢鹏程

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：注塑装备 合模系统 肘杆机构 结构参数分析 多目标优化 NSGA-Ⅱ 虚拟样机仿真 

摘      要：塑料制品要求日趋严苛,注塑成型系统朝精密化、高效化、智能化、轻量化、节能化方向发展,注塑机从普适化走向专机专用的趋势愈加明显,注塑机针对各种应用场景的定制化优化刻不容缓。肘杆式注塑机在注塑成型系统的现代化升级中发挥重要作用;肘杆式合模机构运动特性优异,广泛应用于大中小型各种注塑机,对其性能进行综合优化迫在眉睫。本研究着力于260T肘杆式注塑机肘杆机构进行多目标优化,开展了以下研究:理论分析方面,从原理上分析肘杆机构的合模特性,为肘杆机构的多目标优化提供性能目标函数的理论计算依据。在同一坐标系下,推导了肘杆机构的结构参数与其运动特性输出、力学特点以及锁模特征等相关合模性能评价指标的数学函数关系表达式。基于机械结构创新设计理论,研究了双曲肘五支点内翻转斜排式合模系统的构型杆型配置,总结了当前肘杆机构的结构优势与缺陷,提出了当前双曲肘五支点斜排式内翻转肘杆机构潜在的优化之处。肘杆式合模系统结构参数分析方面,总结了在肘杆机构单一结构参数独立影响下各个性能评价指标的变化规律。建立了260T注塑机肘杆机构的三维模型与虚拟样机,分析与验证了虚拟样机的运动特性,探究了单一结构参数对动模板运动特性的敏感度;在Matlab中利用肘杆机构的结构参数与行程放大比和力的放大比之间的函数关系,得到了各个结构参数合理的取值区间。为性能多目标优化过程中按需设定自变量取值区间提供了有效的指导。肘杆机构性能多目标优化方面,总结了不同应用场景下肘杆机构的性能需求,将肘杆机构的性能综合提升问题转化为多目标优化问题。将智能化多目标优化算法NSGA-Ⅱ应用于注塑机肘杆机构性能优化过程中,得到了优化后的新方案。比较了优化前后的肘杆机构在行程放大比、力的放大比发生的变化,对比了优化前后动模板位移、速度和加速度响应的变化,实现了其他性能指标几乎不发生劣化情况下力的放大比提升约30%。以260T注塑机合模性能评价和优化过程为基础,形成了注塑机肘杆机构性能评价与多目标优化软件平台,实现了肘杆机构结构参数与性能关系的仿真探究,通过用户按需选择优化方案,设定优化区间,完成多目标性能优化计算,得到一系列Pareto前沿所提供的优化方案,为注塑机肘杆式机构优化设计提供了行之有效的工具。