一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法技术

本申请公开了一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，包括如下步骤：设置待优化的多个目标函数，确定设计变量；对设计变量施加约束条件，以建立合模机构的数学模型；对目标函数进行求解，在求解的过程中，若多个目标函数之间存在相互矛盾，则通过协调曲线法和宽容序列分层法对相互矛盾的多个目标函数进行求解；根据求解的结果选择合模机构的最佳设计方案。本申请的有益效果：进行优化设计时，对应存在设计矛盾的目标函数，可以通过结合协调曲线法和宽容分层序列法，确定矛盾的目标函数之间的协调关系，再对矛盾的多个目标进行宽容优化分析，从而可以使优化的结果更符合实际生产需求。产需求。产需求。

【技术实现步骤摘要】
一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法


[0001]本申请涉及压铸机
，尤其是涉及一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法。

技术介绍

[0002]合模机构是挤压铸造设备的关键机构之一，用于保证成型模具可靠的闭合和实现其开启动作即顶出制品，其性能将直接影响到成型制品的质量。现有的合模机构主要分为液压式和曲肘连杆式，其中双曲肘结构形式具有结构紧凑、锁模可靠、运动特性好、机构的强度和刚度大等特点而被广泛应用，很好地满足了挤压铸造的生产需求。
[0003]传统合模机构的结构如图1所示，在进行设计时，通常靠测绘、类比和经验设计法所获得的机构各参数很难得到最佳组合，也无法满足多个目标的性能要求，在一定程度上降低了合模机构的实用价值。因此，现阶段合模机构的设计一般采用CAE技术，面对合模机构的多目标优化要求，CAE技术可以极大提升优化算法的准确性，显著提高产品设计的科学性和设计效率。
[0004]但是，现有的优化方法在进行目标函数的优化求解时，主要采用简单线性加权法或乘除法将多目标函数转化为单目标函数，这些将区间优化问题转换为确定性优化问题进行求解的方法存在以下不足：（1）转换过程中，可能度水平、权系数、罚因子等参数的选拌存在较大的主观随意性，而这些参数的取值对优化结果有着直接而重要的影响，不恰当的参数取值将难以保证转换后单日标无约束确定性优化求解所得设计方案在实际工程中的可行性和有效性；（2）将区间优化问题转换为确定性优化问题进行求解的过程中，必将丢失不确定性建模时所描述的不确定性信息，这也违背了建立区间优化模型求解高速压力机滑块机构尺寸优化问题时真实反映其客观不确定性本质的初衷；（3）由于合模机构中增力与增速的矛盾关系，采用简单线性加权法或乘除法将多目标函数转化为单目标函数，容易忽略了统一处理前后各目标的量级的不同，从而导致计算结果的不收敛。
[0005]因此，如何对传统合模机构的结构进行多目标优化是本领域技术人员有待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本申请的其中一个目的在于提供一种能够对合模机构的多目标进行多方案优化的设计方法。
[0007]为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，包括如下步骤：S100：设置待优化的多个目标函数；确定设计变量；S200：对设计变量施加约束条件，以建立合模机构的数学模型；
S300：对目标函数进行求解，在求解的过程中，若多个目标函数之间存在相互矛盾，则通过协调曲线法和宽容序列分层法对多个目标函数进行求解；S400：根据求解的结果选择合模机构的最佳设计方案。
[0008]优选的，对于存在多个矛盾的目标函数，步骤S300包括如下求解步骤：S310：划分多个目标函数的重要程度；S320：先对重要的目标函数求最优解，并根据最优解设置给定宽容度；S330：在上一目标函数的给定宽容度内对下一个目标函数求最优解，并根据最优解设置当前目标函数的给定宽度容；S340：重复步骤S330，直至所有的目标函数全部求解完毕。
[0009]优选的，在步骤S300中，适于通过针对非线性规划的内点惩罚函数法对目标函数进行求解。
[0010]优选的，在步骤S100中，目标函数包括合模机构的增力比M
p
、行程比R
S
、速度比R
v
与动模板加速度值a
m
以及杆件质量总和。
[0011]优选的，在合模机构中，设曲肘杆与尾板的铰接点为A，曲肘杆与大连杆的铰接点为B，曲肘杆与小连杆的铰接点为D；则步骤S100中设计变量包括铰接点A、B的连线AB的长度L1，大连杆的长度L2，小连杆的长度L4，铰接点A、D的连线AD的长度L5，合模极限时连线AD与水平方向的夹角θ，连线AB和AD之间的夹角γ，最大曲肘角α
max
，以及十字头至位置A的竖直距离H
b
。
[0012]优选的，增力比M
p
的表达式为：；行程比R
S
的表达式为：；速度比R
v
的表达式为：；动模板加速度a
m
的表达式为：；杆件质量总成适于通过杆件总长L
和
进行等效表示；L
和
=L1+ L2+ L3+ L4+ L5；式中，L3为铰接点B、D间连线BD的长度，α为曲肘角，β为大连杆与水平方向的夹角，为小连杆水平方向的夹角，为曲肘杆的角加速度，ω1为曲肘杆的角速度，ω2为大连杆的角速度。
[0013]优选的，在步骤S200中，约束条件包括防干涉与自锁约束条件、杆长约束条件、角度约束条件、定义域约束条件和设计变量边界约束条件。
[0014]优选的，对于杆长约束条件，取杆长比的取值范围为[0.7，0.85]；则杆长约束条件有下列表达式：
；。
[0015]优选的，对于定义域约束条件，若要使增力比M
p
和行程比R
S
有意义，则需要满足下列条件：；。
[0016]优选的，对于设计变量边界约束条件；其中，L1、L2、L4和L5的具体取值边界适于通过H
b
的取值进行反复试验得到；则θ∈[4
×
Pi/180，6
×
Pi/180]，γ∈[18
×
Pi/180，25
×
Pi/180]，α
max
∈[90
×
Pi/180，110
×
Pi/180]。
[0017]与现有技术相比，本申请的有益效果在于：（1）本申请在进行优化设计时，对应存在设计矛盾的目标函数，可以通过结合协调曲线法和宽容分层序列法，确定矛盾的目标函数之间的协调关系，再对矛盾的多个目标进行宽容优化分析，从而可以使优化的结果更符合实际生产需求。
[0018]（2）本方法避免了将区间优化问题转换为确定性优化问题，探索了一种与现有间接求解方法不同的区间优化问题直接求解方法，通过对区间目标函数值优劣的直接比较，确定合模机构尺寸参数的最佳设计方案。
附图说明
[0019]图1为传统双曲肘合模机构的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术中设计流程示意图。
[0021]图3为本专利技术中出现目标函数矛盾时进行协调求解的流程示意图。
[0022]图4为本专利技术中合模机构的运动原理分析示意图。
[0023]图5为本专利技术中合模机构的速度分析示意图。
[0024]图6为本专利技术中合模机构的力学分析示意图。
[0025]图7为本专利技术中行程比与增力比的协调曲线示意图。
[0026]图8为本专利技术中速度比参数变化曲线示意图。
[0027]图9为本专利技术中加速度峰谷值之差曲线示意图。
[0028]图10为本专利技术中合模机构优化前后性能参数结果对比示意图。
[0029]图11为本专利技术中合模机构的设计变量优化值前后对比示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S100：设置待优化的多个目标函数，确定设计变量；S200：对设计变量施加约束条件，以建立合模机构的数学模型；S300：对目标函数进行求解，在求解的过程中，若多个目标函数之间存在相互矛盾，则通过协调曲线法和宽容序列分层法对多个目标函数进行求解；S400：根据求解的结果选择合模机构的最佳设计方案。2.如权利要求1所述的挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，其特征在于：对于存在多个矛盾的目标函数，步骤S300包括如下求解步骤：S310：划分多个目标函数的重要程度；S320：先对重要的目标函数求最优解，并根据最优解设置给定宽容度；S330：在上一目标函数的给定宽容度内对下一个目标函数求最优解，并根据最优解设置当前目标函数的给定宽度容；S340：重复步骤S330，直至所有的目标函数全部求解完毕。3.如权利要求1所述的挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，其特征在于：在步骤S300中，适于通过针对非线性规划的内点惩罚函数法对目标函数进行求解。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，其特征在于：在步骤S100中，目标函数包括合模机构的增力比M
p
、行程比R
S
、速度比R
v
与动模板加速度值a
m
以及杆件质量总和。5.如权利要求4所述的挤压铸设备合模机构的多目标优化设计方法，其特征在于：在合模机构中，设曲肘杆与尾板的铰接点为A，曲肘杆与大连杆的铰接点为B，曲肘杆与小连杆的铰接点为D；则步骤S100中设计变量包括铰接点A、B的连线AB的长度L1，大连杆的长度L2，小连杆的长度L4，铰接点A、D的连线AD的长度L5，合模极限时连线AD与水平方...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯光明，陶海涛，彭文飞，李贺，钟建辉，吴晓成，张亮，束学道，胡奖品，
申请(专利权)人：宁波力劲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：