一种热成型模具各腔工作流量的计算方法与流程

本发明涉及模具制造
技术领域：
，具体的讲是一种热成型模具各腔工作流量的计算方法。
背景技术：
：汽车热成形零件应用越来越广泛，开发热成形模具时，为了避免模具上温度不均，并减少保压淬火的时间，一般会在模具内布置水管，带着模具上的热量。一般借助于有限元和流体分析软件，对单套模具的冷却系统的流速进行分析，判断水道设计的合理性；对单套模具进行模温分析，分析冷却的均匀性以及保压时间。热成形能耗比较高，为了降低生成制造成本，一般采用多腔模具，如图2所示，可组合成2腔、3腔、4腔或更多。单套模具的分析和计算可能都没有问题，但多套模具组合在一起，而泵的流量有限，这就涉及到流量在各模腔中流量分配问题。分配不合理，可能导致部分模腔流量很大，部分模腔流量很小，这会导致某腔热成形零件不合格，或保压淬火时间太长。流量分配合理，一般指的是各腔模具都满足冷却速率要求，整体的冷却时间最小。多套模具组合在一起，压机上只能显示每个进水口的流量，而这些进水口，通过水阀重新分配后，每套模具的上下模的流量不知道。即使发现模具过热问题，调试人员也不清楚，调整哪一个水阀，调整量是多少。多腔模具的流量分配，与泵的工作特性，各套模具的阻力特性等相关。同一泵要给多套模具的上下模供水，采用仿真计算，计算量大，耗费的计算资源大，甚至由于模型太大，无法出仿真结果，因此有必要提供一种新的多腔模具的流量分配理论计算法方法。技术实现要素：本发明突破了现有技术的难题，设计了一种利用仿真模型计算热成型模具的各腔工作流量的计算方法。为了达到上述目的，本发明设计了一种热成型模具各腔工作流量的计算方法，其特征在于：按如下步骤进行计算：步骤1：利用水道仿真模型，在0~0.5之间任意取i个数值作为模块冷却水道入水口工作压力初值pi，并记录相应压力初值下模块冷却水道的流量q（pi）；步骤2：将模块冷却水道入水口工作压力初值与对应的冷却水流量拟合成一元二次曲线；步骤3：对每个模腔的上、下模的压力和流量关系都按照步骤2进行拟合，之后根据一元二次方程公式计算出拟合常数k0、k1、k2，从而获得模块冷却水道入水口工作压力与对应的冷却水流量的计算公式：，其中q（pi）为模块冷却水道入水口流量，pi为模块冷却水道入水口工作压力初值，k0、k1、k2均为公式拟合常数，qi（p）为第i个模块在冷却水道工作压力下的入水口流量，p为模块冷却水道工作压力；步骤4：测量热交换器入口压力pji和出口的压力pji’，以及入口的流量qj，并记录；步骤5：将热交换器入口和出口的压力，以及热交换器的工作流量拟合成一元二次曲线，之后将热交换器入水口工作压力与对应的冷却水流量拟合成一元二次曲线，根据一元二次方程公式计算出拟合常数k0’、k1’、k2’，从而获得热交换器工作压力下与对应的冷却水流量的计算公式：，其中qj（pji）为热交换器在压力为pji时的工作流量，pji为热交换器入水口的工作压力，k0’、k1’、k2’为拟合常数，qj为热交换器的工作流量，pj为热交换的工作压力；步骤6：根据流体质量守恒原则，热交换器的流量等于各模块进水量的总和，计算热交换器的工作流量qj（pj）；步骤7：计算热交换器的工作压力pj；步骤8：将以上步骤的公式进行联合计算，可以得出模块冷却水道工作压力p；步骤9：根据公式进行计算判断，其中qp为水泵的流量，qi（p）为第i个模块在冷却水道工作压力下的进水口流量，n为总的冷却模块数目，当该式成立，则进入下一步，当该式不成立，则在求出的p值上增加δp，其中δp为压力调整量，直到满足公式；步骤10：当计算得到模具的工作压力p时，可以根据公式，计算得出各冷却模块中冷却水道的流量q（p）。步骤6的具体计算方法为：根据流体质量守恒原则，热交换器的流量等于各模块进水量的总和，即，其中qj（pj）为冷却水出入热交换器的流量即热交换器的工作流量，n为模块总数，i为模块标号，i=1，2，3……n，qi（p）为第i个模块在冷却水道工作压力下的进水口流量。步骤7的具体计算方法为：pj=pj（qj），其中pj为热交换器工作压力，pj（qj）为在流量qj时热交换器的工作压力。步骤8的具体计算方式为：泵的工作压力等于模具上水流压力和热交换器上水流压力损失之和，即p=pj+p，其中p为泵的工作压力，pj为过热交换器所导致的压力损耗，p为模块冷却水道工作压力。当模具中含有水阀时，增加步骤11：根据公式进行计算，其中αi为水阀开度，取值为0-1，q（p）为经过计算得出各冷却模块中冷却水道的流量，qi为经过水阀控制后各冷却模块中冷却水道的流量。本发明与现有技术相比，节省了大量的分析时间，快速算出各腔压力与流量，可以快速寻找到需要调节的水阀，并且清楚直观的明白需要调节的量的大小。附图说明图1为多腔模型系统简化示意图。图2为本发明中压力曲线图。具体实施方式结合附图对本发明做进一步描述。本发明设计了一种热成型模具各腔工作流量的计算方法，首先利用水道仿真模型，模具由上下模组成，上下模中分布有多个模腔，每个模腔由多个模块组成，而每个模块中都需要布置冷却水道，首先在0~0.5之间任意取i个数值作为模块冷却水道入水口工作压力初值p1~pi，并记录相应压力下模块冷却水道的流量，如下表：表1通过仿真得到进水口压力与流量的关系模块冷却水道入水口工作压力初值p1p2……pi模块进水口流量q（pi）--------通过上表，将模块冷却水道入水口工作压力初值与对应的冷却水流量拟合成一元二次曲线，之后根据公式可计算在任何压力下，各腔模具的流量，其中，q（pi）为模块冷却水道入水口流量，pi为模块冷却水道入水口工作压力初值，k0、k1、k2均为公式拟合常数，每腔的上、下模的压力和流量关系都进行拟合，从而得到以上公式的拟合常数k0、k1、k2。参见图2，由于冷却水在到达模具前，首先经过了热交换器。热交换器由多个弯管组成，流水经过热交换器，会产生压力损失，故还需计算热交换器的工作流量qj和热交换器的工作压力损失pj。由于热交换器结构比较复杂，热交换器压力和流量的关系，需要试验测试得到，具体的试验方式如下：测量热交换器入口和出口的压力，以及热交换器的工作流量，将数值记录到如下表格中：表2热交换器进、出水口压力与流量的关系热交换器入水口工作压力pj1pj2……pji热交换器出水口工作压力pj1’pj2’……pji’热交换器的工作流量qj（pj）--------通过上表，将热交换器入口和出口的压力，以及热交换器的工作流量拟合成一元二次曲线，之后将热交换器入水口工作压力与对应的冷却水流量拟合成一元二次曲线，根据一元二次方程公式计算出拟合常数k0’、k1’、k2’，从而获得热交换器入水口压力下与对应的冷却水流量的计算公式，根据公式可计算在任何入水口工作压力下，热交换器的工作流量。水箱的水，温度比较高，通过泵后进入热交换器，降低温度，然后，进入模具，从模具出来的水，温度又会升高。热成形冷却系统的热量，通过热交换器，源源不断的传入的制冷系统中去。由于通过热交换器的流量，后面都流入到模具冷却管路中。根据流体质量守恒原则，忽略管道泄漏部分，热交换器的流量等于各模块进水量的总和，有如下的公式：，其中qj（pj）为冷却水出入热交换器的流量即热交换器的工作流量，n为模块总数，i为模块标号，i=1，2，3……n，qi（p）为第i个模块在冷却水道工作压力下的进水口流量。同样，冷却水泵的工作压力，途经热交换器、模具，变为单个大气压。也就是说，泵的工作压力等于模具上压力和热交换器上压力之和即得到公式p=pj+p，其中p为泵的工作压力，pj为冷却水经过热交换器所导致的压力损耗即热交换器的工作压力，p为模块冷却水道工作压力。不考虑大气压的作用，模具冷却水道的出口压力值为零，故可计算出模具的工作压力p值。由于泵的压力特性曲线、换热器的压力流量曲线是通过试验得到的，而模具冷却系统的压力流量曲线，也可以进行绘图求解，参见图2。之后根据公式进行计算判断，其中qp为水泵的流量，qi（p）为第i个模块在冷却水道工作压力下的进水口流量，n为总的冷却模块数目，当该式成立，则进入下一步，当该式不成立，则在求出的p值上增加δp，其中δp为压力调整量，比如0.01mpa，直到满足公式。当计算得到模具的工作压力p时，可以根据公式，计算得出各冷却模块中冷却水道的流量q（p）。参见图1，假如模具中含有水阀，则需要对上述计算得出各冷却模块中冷却水道的流量q（p）进行简单处理，具体公式为：，其中αi为水阀开度，取值为0-1，q（p）为经过计算得出各冷却模块中冷却水道的流量，qi为经过水阀控制后各冷却模块中冷却水道的流量。由于本发明实施，并不涉及到复杂的计算，这里只介绍在特定的工作压力下，如何快速得到模具上各模块的流量。在具体实施中，首先建立仿真模型，采用3个模腔的模具，模具各模块冷却系统入口压力在0.1到0.5mpa之间任取5个数值，按照本发明计算出各模块的流量，结果如表3所示。表3各模块在入口压力下的流量压力0.1mpa0.2mpa0.3mpa0.4mpa0.5mpa模腔1上模流量13.2519.9724.5528.4131.78模腔1下模流量10.6614.9918.4121.6424.19模腔2上模流量20.4228.5634.7840.3145.14模腔2下模流量14.0120.3124.9628.9132.45模腔3上模流量13.2519.9724.5528.4131.78模腔3下模流量10.6614.9918.4121.6424.19通过表3的数据，可建立6个数学多项式，得到多项式的参数。然后，按照本发明提出方法，计算出工作压力是0.04mpa。通过拟合的6个多项式，可快速计算出各模腔整体的流量，如表4所示。表4各模腔整体的在工作压力下的流量（m3/s）腔1上模腔1下模腔2上模腔2下模腔3上模腔3下模计算时间本发明方法9.237.9315.5910.189.237.931s有限元仿真方法*9.167.8515.2310.399.167.8512小时*有限元仿真方法采用的计算机配置，8核，16g由表4可以看出：整体冷却水道，包括各腔上下模冷却水道以及连接水管、入水口。如果采用有限元仿真方法，设定工作压力，计算出整体工作流量和各腔上下模流量，由于模型单元数目太大，会导致计算时间很长。而采用本发明的方法，只需要代入各拟合参数，就可以计算出各腔上下模的流量。两者的计算结果相差不大，但是在计算时间上，本发明远远快于有限元仿真方法。而且本发明可用于实际模具调试，而如果只采用有限元仿真方法，这在现场调模中时无法应用的。当前第1页12