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(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
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(mén)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(guó)） 電子郵件：hutli@163.com
2006年11月22號(hào)，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(wèn)題，對(duì)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(zhǎng)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(mén)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(guò)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(mén)的大小和亞軍布局通常為常數(shù)。相對(duì)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(mén)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(xiàn)到所需的位置通過(guò)改變流道尺寸多閘部件。體積大的部分，多個(gè)大門(mén)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(mén)和流道設(shè)計(jì)。
許多注塑件中產(chǎn)生的一個(gè)柵極，無(wú)論是在單腔模具或在多腔模具。因此，門(mén)的單門(mén)的位置是最常見(jiàn)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(kāi)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(jiǎn)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(guò)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(guò)熱的術(shù)語(yǔ)。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(guò)加權(quán)因子的確定的限制。
李和基姆（1996）開(kāi)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(píng)價(jià)方法。結(jié)論在很大程度上取決于人類(lèi)設(shè)計(jì)師的直覺(jué)，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(kāi)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(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)差（SD[L]）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD[T]）在成型填充過(guò)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(guò)度包裝百分比。翟等人調(diào)查與注射壓力的評(píng)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(guān)察到它們之間沒(méi)有明確的關(guān)系。它是為每個(gè)術(shù)語(yǔ)，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(píng)估注塑件的翹曲優(yōu)化澆口位置。要測(cè)量質(zhì)量的好壞直接，這項(xiàng)調(diào)查定義功能的翹曲評(píng)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(píng)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(lái)尋找最佳的澆口位置。給出一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明提出的優(yōu)化過(guò)程的有效性。
定義特征翹曲
要優(yōu)化理論應(yīng)用于門(mén)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(lèi)型：直接和間接。一個(gè)模型，預(yù)測(cè)的的屬性數(shù)值模擬結(jié)果的特點(diǎn)將直接對(duì)質(zhì)量的措施。與此相反，間接測(cè)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(guò)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(lái)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(zhǎng)度的比率：
其中，γ為特征的翹曲，h是偏離基準(zhǔn)平臺(tái)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(tái)的功能的投影長(zhǎng)度。
圖1功能翹曲的定義
對(duì)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(zhǎng)度。
評(píng)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(cè)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(cè)的方向上的任何部分。但評(píng)價(jià)的h是更復(fù)雜得多的L。
圖2投影長(zhǎng)度評(píng)估
擬的注塑成型工藝是一種常見(jiàn)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(cè)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(zhǎng)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(píng)價(jià)如下：
其中Wi是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考平面的法線(xiàn)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(xiàn)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(duì)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(cè)得的部分應(yīng)被放置在參考平臺(tái)上。h的值是測(cè)得的部分的表面和所述基準(zhǔn)平臺(tái)之間的空間的最大讀數(shù)。
澆口位置優(yōu)化問(wèn)題形成
質(zhì)量術(shù)語(yǔ)“翹曲”裝置的一部分，這是不通過(guò)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(guò)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(mén)。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(wèn)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(lái)解決優(yōu)化的問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)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(wèn)題。
要應(yīng)用的模擬退火法的優(yōu)化問(wèn)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(wèn)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(duì)溫度的過(guò)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(wèn)題的考慮。因此，同時(shí)執(zhí)行一個(gè)最大化問(wèn)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(guò)類(lèi)似于原來(lái)的應(yīng)用程序被稱(chēng)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(kāi)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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