[发明专利]一种压铸机机铰系统的设计方法

说明书

本发明提供一种压铸机机铰系统的设计方法，首先建立合模机构的装配体模型，简化模型后进行离散化；其次建立合模机构力学模型，计算合模机构的力学性能；验证数值模型的准确性和计算精度，以及评估合模机构各部件的强度是否满足要求，满足要求后计算合模机构及机铰系统的刚度系数；然后建立机铰系统的简化多刚体/柔性体动力学计算模型；仿工况计算开模/锁模过程机铰系统的扩力倍数和行程比，并绘制时间历程曲线；计算合模临界角度对应的机铰系统扩力倍数、行程比和锁模力；最后评估锁模力和行程比是否满足设计要求，若满足要求，则完成结构设计；若不满足则重新建模设计。本发明设计周期短、成本低，设计的机铰系统满足功能性和可靠性的要求。

技术领域

本发明属于压铸机设计技术领域，具体涉及一种压铸机机铰系统的设计方法。

背景技术

压铸机是铝、镁、锌等有色金属及其合金压力铸造的基础设备，结构复杂，技术含量高，广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通等行业。合模机构由模板和机铰等组成，每个压铸件生产循环周期都伴随着合模机构的一次开合动作，合模机构是压铸机的关键机构。合模机构（锁模机构）的锁模和开模主要通过油缸推动机铰系统，机铰系统将油缸的推力快速扩大，推动模板动作。

如图1所示，现有的机铰系统的结构，其结构包括十字头1，与油缸连接，同时十字头通过转轴2与小铰3连接，小铰通过转轴4与勾铰5连接，勾铰通过转轴6与尾板连接，同时，勾铰通过转轴7与长铰8连接，长铰通过转轴9与动型座板连接。机铰系统是典型的多连杆机构，零部件设计不合理导致合模机构的扩力倍数不足，开模和锁模过程冲击大，要实现大的锁模力只能依靠增加油缸推力，增加能耗。另外，机铰系统设计不合理导致开模和锁模花费时间更长，压铸工作效率低。目前压铸机机铰系统的设计主要基于类比设计和经验设计。这种设计方法不能够考虑到合模机构其它零部件性能以及实际的载荷工况的影响，无法考虑零部件变形对扩力倍数、行程比等性能参数的影响。因而，开发的产品性能不高，反复设计、制造导致研发周期长，费用高。

如授权公告号为CN103286297B的中国发明专利，公开了一种压铸机的优化设计方法，解决了现有技术中存在的无法通过调整机构参数来使压铸机运行平稳高效，并在运动特性、力放大比以及在变形和刚度等方面使压铸机锁模性能协调和优化等的技术问题，主要是采用传统的理论公式计算方法，在刚度计算过程中使用了有限元方法计算了单个部件的刚度，作为理论计算的输入条件，但只考虑了单个方向的刚度，存在如下问题：

（1）理论公式计算方式的结果误差大：该专利方法（CN103286297B）基于理论公式计算锁模机构的力放大比倍数M、行程比Ks和刚度C，误差较大。首先，在理论计算时把锁模机构的部件尺寸作为不变量，不能考虑模板与机铰系统以及组成机铰系统的各零部件之间的连接关系，连接刚度和变形大小，而在实际受力情况下，各零部件的尺寸，如长度、杆件之间的夹角等都是变化的。再者，锁模机构中模板和机铰系统部件大多结构和形状不规则，结构上设计了很多加强筋或者减重孔洞，用公式计算，把零件横截面积简化成规则形状的计算方式与实际情况差别很大。另外，理论计算是将机铰立体结构简化成平面几何关系推导出计算公式，是静态的计算，无法考虑实际合模过程机铰系统和模板等运动部件巨大重量产生的惯性作用，损耗油缸的推力。因而，理论计算公式中油缸推力，部件尺寸、夹角以及刚度等数值与实际情况不一致，将引入较多误差，导致计算结果不准确；