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1、注塑模具优化设计为减小温度偏差摘要模具的冷却对模具的注塑有很大得影响。因此，这使得它是优化模具冷却回路设计时，设计模具前部分。各种方法优化了模具冷却电路已被先前提出的。在这项工作中，模具的冷却回路的优化自动化的商业过程集成与优化设计工具，称为过程集成，自动化和优化（PIAnO），这是经常用于大型汽车零件，如保险杠、仪表板。冷却渠道和隔板管位于偏移剖面与表面的一部分。冷却的位置渠道和隔板管的自动生成与输入到模具冷却计算机辅助工程程序，Autodesk Moldflow Insight 2010。目标函数是模具表面温度偏离一个给定的设计温度。在优化设计变量的深度，距离和冷却直径渠道和折流板管。一个
2、更实际的分析，压降和温降为限值。优化采用逐步二次响应面方法进行。优化导致更均匀的温度分布相比，最初的设计，并利用建议优化方法，一个令人满意的解决方案，可以在一个较低的成本。关键词：注塑成型，冷却通道，冷却分析，pqrsm，优化设计1.导言冷却阶段是在注射成型过程中的周期时间最长的阶段。因此，减少周期时间的最有效的方法是减少冷却时间。冷却时间是从根本上的部分的厚度和模具温度决定，它创建了一个冷却时间限制。如果模具温度和厚度的一部分在一个整体均匀，冷却时间是不是一个问题；然而，非均匀的部分的厚度和模具温度分布整体冷却时间延长。一个较长的冷却时间，温度均匀性差，从而导致部分经。这是特别真实的大型产品
3、，如汽车保险杠、仪表板。正是由于这些类型的零件，在模具设计中的温度均匀性成为最重要的因素。 我们开发了一个自动优化的冷却回路的一部分早期为设计检查设计的有效性。通常早期设计由文件/包装和翘曲分析没有冷却分析。这是因为假设是，模具温度是均匀的，这是不真实的。提供了一种快速冷却优化电路设计部分将帮助设计师正确的设计优化的目的是尽量减少部分的温度偏差用设计变量如直径和距离的冷却通道和导流管和深处的部分从模具表面的冷却通道和折流板管。商业计算机辅助工程（CAE）工具，Autodesk Moldflow Insight，用于冷却分析。我们成功地获得了优化的时间远短于冷却电路可以在手册的设计实现。为了开发
4、自动优化冷却回路的实际模具设计，实际设计参数如压力降的限制和冷却剂的温度上升被认为是在优化。 优化技术的性能可以在响应的数值噪声的影响。找到一个最佳的解决方案，有效的数值时，噪声的存在，我们进行了优化通过施加连续的近似优化regressionbased称为渐进式的二次响应面法（pqrsm）（Hong等人，2000），这是一个商业过程集成与优化设计部分（PIDO）的工具，称为过程集成，自动化和优化（PIAnO）（framax，2009）。图1。用于优化产品的有限元模型。2.模型和信道配置2.1.模型结构该模型用于优化和CAE分析是一种汽车前保险杠（FB）。该部分was1800600毫米大小，其元
5、素类型是三角形的，然后在模型中的元素数量约为26000，与1.5的平均纵横比。该模型如图1所示。2.2.冷却通道配置用于汽车保险杠模具冷却电路通常被设计成有林电子冷却通道的水平面上，从线的冷却通道的隔板管的安装。然而，在本设计中，不必要的长板管连接在线冷却通道可能会导致在冷却通道的高的压力降。该线的冷却通道可能不利于模具冷却由于从零件表面的大的距离。为了提高设计，线冷却通道位于沿零件表面的偏移剖面如图2所示。在隔板管的端点均位于偏移剖面线的冷却通道。无论是线的冷却通道或隔板管位于偏移剖面等于电弧距离他们之间。3.Formulation3.1.设计约束的压力降和冷却通道的入口和出口之间的温升的限
6、制也应在模具冷却回路的设计考虑。一个高的压降通常发生在一个不长的冷却回路。在一个长的冷却回路，冷却剂的流动率低，结果在一个较高的模具温度，在出口处的温度上升。设计缺陷可能最终会在冷却分析发现；然而，优化已经是耗时的，所以最好是相反的应用限制在优化的约束条件。本文认为，4线的冷却通道串接为一簇，如图3所示。集群是由多种并行连接。通常，在一个集群的最大压降限制在200kPa，和在出口的最大温升（Menges等人。，2001）。在冷却分析，每个线冷却通道作为一个独立的电路，方便。因为有一个电路4线的冷却通道，对压降和每一行中的冷却通道的温度上升为1.25oc极限，分别。我们也有由于挡板的管的直径必须
7、大于或等于冷却直径附加约束通道由于挡板管比冷却通道下的散热效率。这里G1是对压力降的约束，G2是对温升的约束，G3代表从冷却通道的直径的管图2。冷却通道位于沿偏移剖面结构。3.2.设计变量，在这项工作中，直径，间距和深度的线冷却通道和隔板管作为优化设计变量。设计变量的总数是6。通常，该冷却通道和导流管直径根据自己的经验法则的模具设计师确定（李仁济等人，2010）。然而，它已被详细研究，模具设计师之间的。表1显示了设计变量的范围和初始值。对冷却通道的距离的最小值，挡板间距和挡板的加工要求的约束确定的深度。从模具设计经验获得的最大确定了冷却通道的距离与挡板间距的最大值。挡板的距离是由于在CAE软件
8、自动使用约束的离散变量。在这项工作中，优化的挡板距离分别为60，90和120毫米。图3由4个冷却通道的隔板管簇。 图4通过冷却通道方案的温度场。3.3.目标函数 模具的冷却回路优化的主要目的是在部分实现均匀的温度分布。温度分布均匀，冷却通道的引起的温度差最小化，如图4所示。在优化的目标函数是局部温度的标准偏差如方程（4）。部分的温度了半模的上、下表面的算术平均值。从零件的有限元计算模具表面温度。在是部分温度的标准偏差，我是第i个元素的温度，电子战是整个三角形单元的平均温度，和n是元素的数目。4.优化4.1.参数的研究 为了检验设计变量对目标函数的影响，压力降和温度上升，进行参数研究。一个参数的
9、研究，通过改变一个变量在一定范围内，而所有其他变量保持固定的执行。图5显示为目标函数的参数研究的结果，压力下降，温度升高，分别为。在每个图中，横轴表示设计变量的水平。每一个设计变量分为11层，从它的下限到上限。5和5的平均的上界和下界，分别在研究的温度差，冷却通道的直径对目标函数的影响不大。这个结果是因为冷却通道的影响的部分的温度要比在汽车保险杠模具挡板管较小的程度。汽车保险杠模具有一个深刻的核心，模具冷却，而不是取决于隔板管的冷却通道。对缺乏影响力的另一个原因是，流动状态冷却通道参数研究的范围内保持紊流。冷却通道通常具有比折流板管直径较小的。当在隔板管的流动处于紊流状态，在冷却通道中的流量将
10、在紊流状态。在隔板管直径显示一个有形的影响时，增加到一定值。直径的增加变化在管内的流动为层流状态。这是对传热系数低的原因相比，湍流流动状态。这就是为什么温度的偏差变大时，挡管直径的增加。 在所有的参数中，挡板深度对目标函数的影响最大。由于挡板深度的增加，目标函数的增加。这意味着，该挡板管更深的位置会导致温度的偏差增加。同时，它证实了汽车保险杠模具冷却取决于导流管。的冷却通道和导流管直径在冷却回路压降的影响最大，而其他变量的影响不大。随着直径的增加，压力降减小一定值后。这也是一个可预测的结果作为一个大直径的减小压力降。在出口处的温度上升的影响如图7所示。最有影响力的参数是挡板直径和通道的距离。该
11、挡板直径的影响显示的最高值的范围从1到3。在小挡板直径的情况下，表面积减少的传热可能会导致一个较小的温度上升，而较大的挡板直径可能导致降低传热系数，由于较低的流动率。 增加的信道距离意味着每个冷却通道占用较大面积的部分表面具有较大的热量去除。这可能是为什么通道距离温升的增加给一个物理解释。图5。温度偏差参数的研究结果（目标函数）。5。结论 在这项研究中，我们进行了冷却回路的优化的汽车前保险杠。设计的目的是最大限度地减少温度的偏差而满足所有约束。有三的设计约束条件，包括压力，温度的上升和纵横比，除了约束六设计变量。六个设计变量之间，挡板的距离为离散的设计变量。因此，我们进行了优化的挡板距离bei
12、ng60三例，90和120毫米。在60毫米的挡板间距情况下获得最低的温度偏差。在这种情况下，温度的偏差进行比较的基线设计同时满足所有设计要求，减少19.2%。据认为，设计优化的方法，采用CAE仿真工具，通过本文的研究，可以应用于许多工业生产过程的设计。6. 参考framax公司（2009）。PIAnOtutorial.framax公司（2009）。PIAnO的用户手册。香港，K.J.，Choi，D.H.基姆，硕士（2000）。进行二次逼近的方法，有效的大型系统设计的二阶响应面模型的构建。韩国机械工程师学会（一）24，12/12，30403052。koresawa，H.和铃木，H（1999）。在
13、注射成型中的冷却通道布局自治安排。过程。1999塑料工程师协会年度技术会议，10731077。门将，G.，Michaeli，W和mohren（2001），p.。如何使注塑模具。第三版。恒信加德纳出版，Inc.。俄亥俄州。298302。李仁济，B。，公园，C.S.，昌香港，荣格，HW李，大学学报（2010）。大型注塑件的最佳冷却回路的自动生成。精密工程和制造计算机学报，11，444，439。Design optimization of an injection mold for minimizing temperature deviationAbstractThe quality of an i
14、njection molded part is largely affected by the mold cooling. Consequently, this makes it necessary to optimize the mold cooling circuit when designing the part but prior to designing the mold. Various approaches of optimizing the mold cooling circuit have been proposed previously. In this work, opt
15、imization of the mold cooling circuit was automated by a commercial process integration and design optimization tool called Process Integration, Automation andOptimization (PIAnO), which is often used for large automotive parts such as bumpers and instrument panels. The cooling channels and baffle t
16、ubes were located on the offset profile equidistant from the part surface. The locations of the cooling channels and the baffle tubes were automatically generated and input into the mold cooling computer-aided engineering program, Autodesk Moldflow Insight 2010. The objective function was the deviation of the mold surface temperature from a given design tempe
