快速插頭塑料模具設(shè)計(jì),快速,插頭,塑料,模具設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
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學(xué) 號：
外文出處：Journal of Materials Processing
technology
附 件： 1. 原文； 2. 譯文
2013年03月19日
單門的塑料注塑模具的優(yōu)化
李濟(jì)全，李德群，郭志英，呂海元 （塑性加工技術(shù)系，上海交通大學(xué)，上海200030，中國） 電子郵件：hutli@163.com
2006年11月22號，修訂2007年3月19日
摘要：本文論述一個(gè)單一的塑料注塑模具的澆口位置優(yōu)化方法。柵極優(yōu)化的目的是最大限度地減少注射成型部件的翹曲，因?yàn)槁N曲是一個(gè)至關(guān)重要的質(zhì)量問題，對于大多數(shù)的注射成型的部件，而這是由澆口位置大大影響。特征的翹曲被定義為比最大位移的特性的部件表面上的投影長度的特征表面描述部件翹曲。優(yōu)化的數(shù)值模擬技術(shù)的結(jié)合，以找到最佳的澆口的位置，在其中的模擬退火算法是用于搜索的最佳。最后，在本文中討論的示例中，可以得出結(jié)論，所提出的方法是有效的。
關(guān)鍵詞：注塑模具，澆口位置，優(yōu)化，功能翹曲
塑料注射成型是一種廣泛使用的，復(fù)雜的，但高效率的技術(shù)，生產(chǎn)多種塑料制品，特別是那些高產(chǎn)量的要求，嚴(yán)密的公差，形狀復(fù)雜的。注射模制零件的質(zhì)量是塑料材料，零件的幾何形狀，模具結(jié)構(gòu)和工藝條件的函數(shù)。的注塑模具的最重要的部分，基本上是以下三套組件：腔體，門和亞軍，以及冷卻系統(tǒng)。
林和劉紹（2000年）和金林（2002年）由不同部分的壁厚腔平衡。在腔體的平衡灌裝過程提供了一個(gè)均勻分布的壓力和溫度，可以大大減少翹曲變形的部分。但腔體平衡是部分素質(zhì)的重要影響因素之一。特別是，部分有其功能要求，其厚度不應(yīng)更改通常。
從注塑模的設(shè)計(jì)，其特征在于柵極其大小和位置，以及流道系統(tǒng)的大小和布局。門的大小和亞軍布局通常為常數(shù)。相對地，澆口位置和流道的尺寸是更靈活的，它可以變化影響的部分的質(zhì)量。作為結(jié)果，他們往往是最優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)。
李和基姆（1996）優(yōu)化流道和大門的尺寸為多點(diǎn)噴射腔澆注系統(tǒng)的平衡。流道平衡被描述為一個(gè)入口壓力的差異，具有相同的腔模多腔，在熔體的流動(dòng)路徑中的每個(gè)腔不同空腔體積和幾何形狀的一個(gè)家庭底模壓力的差異。該方法已顯示出均勻的壓力分布之間的空腔，在整個(gè)成型周期的多腔模具。
翟等人（2005年）提出了一個(gè)成型腔的兩個(gè)澆口位置優(yōu)化的基礎(chǔ)上由一個(gè)壓力梯度高效的搜索方法，并隨后定位焊線到所需的位置通過改變流道尺寸多閘部件。體積大的部分，多個(gè)大門需要縮短最大流路徑，在注射壓力相應(yīng)減小。該方法是有前途的多單腔大門和流道設(shè)計(jì)。
許多注塑件中產(chǎn)生的一個(gè)柵極，無論是在單腔模具或在多腔模具。因此，門的單門的位置是最常見的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。形狀分析的方法，提出了，由Courbebaisse和加西亞（2002年），其中最佳的澆口位置的注塑估計(jì)。隨后，他們開發(fā)的這種方法，進(jìn)一步把它應(yīng)用到單一澆口位置優(yōu)化的一個(gè)L形的例子。它易于使用，并且不耗時(shí)的，而它僅用于具有均勻厚度的簡單的平坦部的轉(zhuǎn)動(dòng)。
pandelidis鄒（1990）提出的澆口位置的優(yōu)化，通過間接的質(zhì)量措施的翹曲和材料降解有關(guān)，這是代表一個(gè)溫度微分項(xiàng)的加權(quán)總和，一組詞，和摩擦過熱的術(shù)語。翹曲變形是由上述因素的影響，但它們之間的關(guān)系是不明確的。因此，優(yōu)化的效果是通過加權(quán)因子的確定的限制。
李和基姆（1996）開發(fā)的澆口位置的自動(dòng)選擇方法，其中一組初始的澆口位置是由設(shè)計(jì)師然后最佳澆口的相鄰節(jié)點(diǎn)處提出評價(jià)方法。結(jié)論在很大程度上取決于人類設(shè)計(jì)師的直覺，因?yàn)樵摲椒ǖ牡谝徊绞歉鶕?jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)想。這樣的結(jié)果是在很大程度上限制了設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。
林金（2001）開發(fā)了一個(gè)澆口位置的優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上最大限度地減少流道長度的標(biāo)準(zhǔn)差（SD[L]）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD[T]）在成型填充過程中充模時(shí)間。隨后，Shen等人優(yōu)化澆口位置設(shè)計(jì)最小化的加權(quán)和充盈壓，填補(bǔ)之間的時(shí)間差不同的流動(dòng)路徑，溫差大，過度包裝百分比。翟等人調(diào)查與注射壓力的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在尾部填充澆口位置最佳化。這些研究人員提出了作為注塑填充操作，這是與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的性能的目標(biāo)函數(shù)。但的性能和質(zhì)量之間的關(guān)系是非常復(fù)雜的，并已被觀察到它們之間沒有明確的關(guān)系。它是為每個(gè)術(shù)語，也難以選擇適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子。
這里介紹一種新的目標(biāo)函數(shù)，以評估注塑件的翹曲優(yōu)化澆口位置。要測量質(zhì)量的好壞直接，這項(xiàng)調(diào)查定義功能的翹曲評估部件翹曲，這是從“流加翹曲”模擬輸出Moldflow塑料洞察（MPI）軟件評估。目標(biāo)函數(shù)的最小化，以達(dá)到最小的變形澆口位置優(yōu)化。模擬退火算法來尋找最佳的澆口位置。給出一個(gè)例子來說明提出的優(yōu)化過程的有效性。
定義特征翹曲
要優(yōu)化理論應(yīng)用于門設(shè)計(jì)，質(zhì)量的措施的一部分，必須指定在第一個(gè)實(shí)例。 “質(zhì)量”一詞可能是指產(chǎn)品的性能，如力學(xué)，熱學(xué)，電學(xué)，光學(xué)，符合人體工程學(xué)的幾何性質(zhì)。零件質(zhì)量的措施有兩種類型：直接和間接。一個(gè)模型，預(yù)測的的屬性數(shù)值模擬結(jié)果的特點(diǎn)將直接對質(zhì)量的措施。與此相反，間接測量的零件質(zhì)量與質(zhì)量目標(biāo)，但它不能提供一個(gè)直接的估計(jì)
的質(zhì)量。
翹曲是指相關(guān)工作的間接質(zhì)量措施是注射成型流動(dòng)行為或這些加權(quán)性能。的性能提出了充填時(shí)間差異沿不同的路徑，溫度差，過度包裝的百分比，等等。很明顯，翹曲是由這些性能的影響關(guān)系，但翹曲和這些表演是不明確的，這些權(quán)重因子的確定是非常困難的。因此，上述目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化可能甚至不完美的翹曲最小化的優(yōu)化技術(shù)。有時(shí)，不適當(dāng)?shù)募訖?quán)因素將導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果。
一些統(tǒng)計(jì)量計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行了表征，直接質(zhì)量的措施，以實(shí)現(xiàn)最小的變形
相關(guān)的優(yōu)化研究。統(tǒng)計(jì)量通常是一個(gè)最大的結(jié)點(diǎn)位移，平均排名前10位的百分節(jié)點(diǎn)位移，和整體平均結(jié)點(diǎn)位移（李和金，1995年，1996年b）。這些節(jié)點(diǎn)位移從仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)值很容易獲得，一定程度上，代表了變形。但統(tǒng)計(jì)位移不能有效地描述的注射模制零件的變形。
在工業(yè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師和制造商通常更注重的部分翹曲的程度比整個(gè)變形的注塑件上的一些特定的功能。在這項(xiàng)研究中，特征翹曲定義來描述的注塑件的變形。的特征的翹曲的最大位移的特性的部件表面的特性的部件表面（圖1）的投影長度的比率：
其中，γ為特征的翹曲，h是偏離基準(zhǔn)平臺的最大位移的特性的部件表面上，和L是表面上的基準(zhǔn)方向平行的基準(zhǔn)平臺的功能的投影長度。
圖1功能翹曲的定義
對于復(fù)雜的功能（只有平面特性在這里討論），特征翹曲通常分離成兩種成分，在參考平面上，其中一個(gè)二維坐標(biāo)系統(tǒng)中表示的：
γx, γy 是構(gòu)成要素中的X，Y方向，和Lx，阮文黎的翹曲是在X，Y分量的特性的部件表面的投影長度。
評價(jià)功能翹曲
結(jié)合相應(yīng)的參考平面和投影方向的目標(biāo)特征的測定后，可以立即計(jì)算出的L的值，從部分與解析幾何的計(jì)算方法（圖2）。 L是一個(gè)常數(shù)指定功能的表面和預(yù)測的方向上的任何部分。但評價(jià)的h是更復(fù)雜得多的L。
圖2投影長度評估
擬的注塑成型工藝是一種常見的技術(shù)，零件設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)和工藝設(shè)置預(yù)測的質(zhì)量。的翹曲模擬的結(jié)果表示為在X，Y，Z分量（WX，WY，WZ）節(jié)點(diǎn)的撓度，節(jié)點(diǎn)位移W. W是的Wx·一，懷俄明州·J的矢量和的向量長度，并WZ·K，其中i，j，k分別為X，Y，Z分量的單位向量。 h為特征的表面，這是與參考平面的正常定向上的節(jié)點(diǎn)的最大位移，并且可以衍生自的翹曲模擬的結(jié)果。
為了計(jì)算h時(shí)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)首先評價(jià)如下：
其中Wi是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考平面的法線方向的偏轉(zhuǎn)中，維克斯，Wiy，Wiz的是在X，Y，Z分量的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的撓度，α，β，γ是法線的角度的參考甲乙突出方向（圖2）的功能，所述終端節(jié)點(diǎn); WA與WB是節(jié)點(diǎn)A和B的撓度：
WAZ X，Y，Z組成部分，節(jié)點(diǎn)A上的偏差; WBX，WBY和WBZ是X，Y，Z組成部分，節(jié)點(diǎn)B上的偏差;ωiA和ωiB是終端節(jié)點(diǎn)的權(quán)重因子撓度計(jì)算如下：
其中LIA是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和最終節(jié)點(diǎn)A的投影機(jī)之間的距離，h是最大的絕對值的Wi：
在工業(yè)中，翹曲的檢查與塞尺的幫助下進(jìn)行，而測得的部分應(yīng)被放置在參考平臺上。h的值是測得的部分的表面和所述基準(zhǔn)平臺之間的空間的最大讀數(shù)。
澆口位置優(yōu)化問題形成
質(zhì)量術(shù)語“翹曲”裝置的一部分，這是不通過所施加的載荷引起的永久變形。它是由整個(gè)部分的收縮率差異，由于聚合物流動(dòng)不平衡，保壓，冷卻，和結(jié)晶。
在注塑模具澆口位置是一個(gè)總的模具設(shè)計(jì)的最重要的變量。模制件的質(zhì)量是由澆口位置受到很大的影響，因?yàn)樗绊懰芰狭魅肽Ｇ坏姆绞?。因此，不同的澆口位置引入的不均勻性取向，密度，壓力，和溫度分布，因此引入不同的大小和分布，翹曲。因此，澆口位置是減少注塑件翹曲變形的一種有價(jià)值的設(shè)計(jì)變量。由于相關(guān)澆口位置和翹曲分布之間的是一個(gè)獨(dú)立的熔體和模具溫度很大程度上，它是假定的成型條件保存在這調(diào)查常數(shù)。由特征翹曲是在上一節(jié)討論的量化部分翹曲的注塑成型。
單澆口位置優(yōu)化，因此可以制定如下：
最小化：
主題為：
其中，γ為特征的翹曲; p是在澆口位置的噴射壓力; p0是允許的注射壓力，注塑機(jī)或由設(shè)計(jì)者或制造商指定的允許注射壓力，X是候選澆口位置的坐標(biāo)向量;Xi為節(jié)點(diǎn)的有限元網(wǎng)格模型的注塑成型過程模擬的部分，N為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。
在有限元網(wǎng)格模型的一部分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)可能的候選人的門。因此，可能的澆口位置的總數(shù)Np是節(jié)點(diǎn)N和澆口位置的總數(shù)要優(yōu)化?的總數(shù)的函數(shù)：
在這項(xiàng)研究中，只有單一的澆口位置的問題進(jìn)行了研究。
模擬退火算法
模擬退火算法是最強(qiáng)大和最流行的元啟發(fā)式算法來解決優(yōu)化的問題，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的問題，提供良好的全球性解決方案之一。該算法根據(jù)大都市等。（1953），它最初被提出作為一種手段，在一個(gè)給定的溫度下找到一個(gè)平衡結(jié)構(gòu)的原子的集合。平（1970）所指出的算法和數(shù)學(xué)最小化之間的連接，但它是柯克帕特里克等人（1983）建議的基礎(chǔ)上形成的一種優(yōu)化技術(shù)的組合（和其他）問題。
要應(yīng)用的模擬退火法的優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)f的能量函數(shù)E而不是尋找一個(gè)低能量配置被用作，這個(gè)問題變得尋求一個(gè)近似的全局最優(yōu)解。身體的能量配置設(shè)計(jì)變量的值的結(jié)構(gòu)的被取代的，和取代的對溫度的過程中的控制參數(shù)。一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器用于生成新的值的設(shè)計(jì)變量的一種方式。很明顯，這個(gè)算法只需要最小化問題的考慮。因此，同時(shí)執(zhí)行一個(gè)最大化問題的目標(biāo)函數(shù)乘以（-1），以獲得一個(gè)有能力的形式。
模擬退火算法比其他方法的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠避免陷入局部極小的。此算法采用一種隨機(jī)搜索，這不僅接受目標(biāo)函數(shù)f的變化，降低，但也接受了一些變化，增加它。后者接受與概率p
其中，Δf是f的增加，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是一個(gè)控制參數(shù)，通過類似于原來的應(yīng)用程序被稱為系統(tǒng)的“溫度”，不論所涉及的目標(biāo)函數(shù)。
在澆口位置最佳化的情況下，圖3中示出了該算法的實(shí)施，并且該算法詳列如下：
（1） 開始SA算法從一個(gè)初始的澆口位置Xold與指派的值Tk的“溫度”的參數(shù)T（“溫度”計(jì)數(shù)器k最初設(shè)置為零）。適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)c（0
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