帶螺紋飲水杯杯蓋的注塑模具設(shè)計(jì)塑料注射模含12張CAD圖.zip,螺紋,飲水,杯杯,注塑,模具設(shè)計(jì),塑料,注射,12,CAD 任務(wù)書 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景： 塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活中的各方面得到廣泛應(yīng)用， 特別是在日常生活中更為突出。塑料制品的成型方法很多，其主要是用于 注射，擠出，壓制和氣壓成型等。而注射模擠出約占成型總數(shù)的60%以上。 注射成型分為加料，熔融塑料，注射制件冷卻和制件脫模等五個(gè)步驟。塑 料注射模主要用于熱塑料制品的成型，它是塑料制品生產(chǎn)中十分重要的工 藝裝置。注射模的機(jī)基本組成是：定模機(jī)構(gòu)，動(dòng)模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)，導(dǎo)向 推出裝置，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。因注射模成型的廣泛使用，正式我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容和要求： 1.主要研究?jī)?nèi)容： 分析塑件的工藝性；選擇注射設(shè)備，選擇分型面，設(shè)計(jì)注射模成型零 件，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)。 2.主要任務(wù)及目標(biāo)： 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握注射模設(shè)計(jì)的基本步驟，熟悉塑料注射模的各個(gè) 組成部分的設(shè)計(jì)要領(lǐng)，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)注射模具。 3.基本要求： 設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不少于2萬(wàn)字； 工程繪圖量折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙不少于3.5張； 翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于5000字。 3.主要參考文獻(xiàn)： 1.《塑料成型模具與設(shè)備》夏江梅 機(jī)械工業(yè)出版社 2005； 2.《模具工程》 H.瑞斯 化學(xué)工業(yè)出版社 2005； 3.《實(shí)用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編，中國(guó)輕工業(yè)出版社； 4.《注射模具設(shè)計(jì)與制造使用技術(shù)》 王樹勛編，華南理工大學(xué)出版社； 4.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)： 起 止 日 期 工 作 內(nèi) 容 備 注 第1周 第2周 第3周 第4周 第5周 第6周 第7周 第8周 第9周 第10周 第11周 第12周 第13周 第14周 第15周 第16周 查閱資料，對(duì)塑件的工藝性進(jìn)行分析； 選擇注射機(jī)，選分型面，確定模具的結(jié)構(gòu)形式； 成型零件設(shè)計(jì)； 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 模溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 模架尺寸確定； 查閱資料，翻譯英文資料； 繪零件圖； 繪零件圖； 畫裝配圖； 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿完成； 畢業(yè)論文定稿； 準(zhǔn)備答辯； 答辯。 教研室審查意見： 室主任 年 月 日 學(xué)院審查意見： 教學(xué)院長(zhǎng) 年 月 日 開題報(bào)告 課題 名稱 水杯蓋注射模設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 自選 課題類型 工程設(shè)計(jì)類 選題的背景及意義 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。 注塑成型是現(xiàn)代塑料工業(yè)中的一種重要的加工方法 ,世界上注塑模的產(chǎn)量約占塑料成型模具總產(chǎn)量的 50 %以上 ,尤其是家電盒型注塑產(chǎn)品需求量不斷增加，注塑成型能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品 ,適合高效率、大批量的生產(chǎn)方式 ,以發(fā)展成為熱塑性塑料和部分熱固性塑料最主要的成型加工方法 ，注塑模具的設(shè)計(jì)與制造主要依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和技師的制造技藝 ,一般需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和修模才能正式投入生產(chǎn) ,這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不僅使產(chǎn)品的生產(chǎn)周期延長(zhǎng) ,生產(chǎn)成本增加 ,而且難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，要解決這些問題 ,必須以科學(xué)分析的方法 ,研究各個(gè)成型過程的關(guān)鍵技術(shù)，塑料注塑成型是一個(gè)復(fù)雜的加工與物理過程 ,為實(shí)現(xiàn)注塑產(chǎn)品的更新?lián)Q代 ,提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力 ,必須進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)與制造及成型過程分析的 CAD/ CAM/ CAE集成技術(shù)的研究國(guó)外注塑模 CAD/ CAM/ CAE 技術(shù)研究的成果有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:采用注塑模 CAD/ CAE/CAM 技術(shù)能使設(shè)計(jì)時(shí)間縮短 50 %,制造時(shí)間縮短 30 %,成本下降 10 %,塑料節(jié)省 7 % 注塑模計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)正朝著與 CAD/ CAE無(wú)縫整體集成化方向發(fā)展 ,注塑 CAD 所構(gòu)造的幾何模型為實(shí)現(xiàn)注塑模 CAE技術(shù)提供了基本的幾何拓?fù)湫畔⒑吞卣餍畔?,注塑模 CAE的目標(biāo)是通過對(duì)塑料材料性能的研究和注射成型工藝過程的模擬和分析 ,為塑料制品的設(shè)計(jì)、材料選擇、模具設(shè)計(jì)、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過程的控制提供科學(xué)依據(jù) 。 水杯蓋是家用產(chǎn)品，在日常生活中使用普遍。采用注射成型的方法得到水杯蓋，這種方法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是：成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)各種塑料的適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高。 研究?jī)?nèi)容擬解決的主要問題 1) 分析塑件的工藝性； 2) 選擇注射設(shè)備，選擇分型面； 3) 設(shè)計(jì)注射模成型零件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)； 4) 設(shè)計(jì)說明書的字?jǐn)?shù)不少于2萬(wàn)字； 5) 工程繪圖量折合成圖幅為A0號(hào)的圖紙不少于3．5張； 6) 翻譯與課題有關(guān)的外文資料，譯文字?jǐn)?shù)不少于5000字； 研究方法技術(shù)路線 1.研究的背景： 塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和日常生活中的各方面得到廣泛應(yīng)用，特別是在日常生活中更為突出。塑料制品的成型方法很多，其主要是用于注射，擠出，壓制，壓鑄和氣壓成型等和氣壓成型等。而注射模，擠出約占成型總數(shù)的60%以上。注射成型分為加料，熔融塑料，注射制件冷卻和制件脫模等五個(gè)步驟。塑料注射模主要用于熱塑料制品的成型，它是塑料制品生產(chǎn)中十分重要的工藝裝置。注射模的基本組成是：定模機(jī)構(gòu)，動(dòng)模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)，導(dǎo)向裝置，頂出機(jī)構(gòu)，型芯機(jī)構(gòu)，冷卻和加熱裝置，排氣系統(tǒng)。因注射模成型的廣泛使用，正是我這個(gè)設(shè)計(jì)的根本出發(fā)點(diǎn)。 2.參考資料： （1）陳志剛編的《塑料模具設(shè)計(jì)》，從書中了解塑料成型原理，塑料模具的設(shè)計(jì)和注射模具等的設(shè)計(jì)過程，知道此次設(shè)計(jì)的是什么，合理安排此次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度。 （2）史鐵梁編的《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編的《使用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》和H.瑞斯編的《模具工程》給予了我設(shè)計(jì)過程中要使用的數(shù)據(jù)資料。 （3）王樹勛編的《注射模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)》等書，我從中了解到模具材料，模具制造工藝等方面的知識(shí)。對(duì)模具的設(shè)計(jì)加工打下基礎(chǔ)。 （4）圖書館內(nèi)的電子數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的全國(guó)優(yōu)秀博碩論文資料，給予了我論文書寫的規(guī)范和參考。 3.研究方法： 使用PRO/ENGINEER軟件設(shè)計(jì)零件，并將設(shè)計(jì)完成的塑料制品調(diào)入到模具設(shè)計(jì)模塊當(dāng)中，再進(jìn)行注射塑料模具、型腔、型腔排布、型芯、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)，做出模具的三維實(shí)體圖，最后完成二維工程三視圖。 4.使用的軟件和工具： PRO/ENGINEER AUTOCAD 5.塑料模塑成型的發(fā)展趨勢(shì): (1)CAD/CAM/CAE技術(shù)在模具設(shè)計(jì)也制造中的應(yīng)用 (2)大力發(fā)展快速原型制造 (3)研究和應(yīng)用模具的快速測(cè)量技術(shù)與逆向工程 (4)發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進(jìn)的熱處理和表面處理技術(shù) (5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化的水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 (6)模具的復(fù)雜化、精度化與大型化 (7)模具工業(yè)信息化。 研究的總體安排和進(jìn)度計(jì)劃 第1周：查閱資料，對(duì)塑件的工藝性進(jìn)行分析； 第2周：選擇注射機(jī)，選擇分型面，確定模具的結(jié)構(gòu)形式； 第3周：成型零件設(shè)計(jì)； 第4周：澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 第5周：合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第6周：模溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 第7周：推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 第8周：模架尺寸確定； 第9周：查閱資料，翻譯英文資料； 第10周；繪零件圖； 第11周；繪零件圖； 第12周：畫裝配圖； 第13周：畢業(yè)論文初稿完成； 第14周：畢業(yè)論文定稿； 第15周；準(zhǔn)備答辨； 第16周；答辯。 主要參考 文獻(xiàn) 1、《塑料成型模具與設(shè)備》 夏江梅 械工業(yè)出版社 2005； 2、《模具工程》 H. 瑞斯 化學(xué)工業(yè)出版社 2005； 3、《實(shí)用注射模設(shè)計(jì)手冊(cè)》 賈潤(rùn)禮、程志遠(yuǎn)編，中國(guó)輕工業(yè)出版社 4、《注射模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)用技術(shù)》 王樹勛編，華南理工大學(xué)出版社 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見 學(xué)院意見 教研室主任簽名： 年 月 日 教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日 摘要 本論文主要是針對(duì)帶螺紋的飲水杯杯蓋的模具設(shè)計(jì),通過對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，最終設(shè)計(jì)出一副注射模。該論文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、分型面的選擇、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的分析。根據(jù)題目設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是水杯蓋注射模具的設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)一副注射模具來(lái)生產(chǎn)水杯蓋塑件產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)量。針對(duì)杯蓋的實(shí)際情況，杯蓋作為包裝容器大批量生產(chǎn)，宜采用一模多腔，其優(yōu)點(diǎn)在于大大降低了杯蓋的生成成本。通過模具設(shè)計(jì)表明該模具能達(dá)到水杯蓋的質(zhì)量和加工工藝要求。 關(guān)鍵詞 塑料注射模具；螺紋杯蓋；螺紋型芯 Abstract This paper mainly aimed at a injection mould design for the thread cup lid,through the analysis of the plastic product , the injection mould was designed. This paper from the technology capability of the product mix, the structure of the mould embarks, the pouring system, the cooling system,the ejection mechanism,the parting surface’s selection,the guding mechanism has made the detailed analysis.According to the subject, the primary mission of this subjection is the injection mould design for the drinking cup lid. That also means we must to design a injection mould to produce the drinking cup lid to realize the automation and increase the output.Aiming at the actual situation of the cup lid ( it used as packing vessel and mass production),the mould uses multi-cavities suitably . Its merit lies in reducing the production cost of the cup lid greatly . Through this paper we can know that this mould can achieve the quality and processing technology requirement of the drinking cup lid . Keywords plastic injection mould thread cup lid thread core II 目 錄 1 緒論 1 1.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 1 1.2 塑料模具的類型 2 1.3 塑料模具中新技術(shù)的應(yīng)用 3 1.4 我國(guó)塑料模具工業(yè)和今后的發(fā)展方向 4 2 塑件的工藝性分析及注射機(jī)的初步選定 5 2.1 塑件的功能設(shè)計(jì) 5 2.2 塑件材料的選擇 5 2.2.1 材料的化學(xué)物理特性 7 2.2.2 制品的注射工藝條件參數(shù) 7 2.3 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 2.3.1 塑件的結(jié)構(gòu) 8 2.3.2 脫模斜度 9 2.3.3 螺紋設(shè)計(jì) 9 2.4 塑件的尺寸精度和表面質(zhì)量 9 2.4.1 塑件的尺寸精度 9 2.4.2 塑件的表面質(zhì)量 10 2.4.3 塑件的尺寸 10 3 分型面的選擇及型腔數(shù)目的確定 12 3.1 分型面的選擇原則 12 3.2 分型面的確定 13 3.3 型腔數(shù)目的確定 13 3.4 型腔的布局 13 4 成型零件尺寸的確定 15 4.1 凹模工作尺寸的計(jì)算 15 4.2 凸模工作尺寸的計(jì)算 15 4.3 螺紋型芯工作尺寸的計(jì)算 16 4.4 型腔壁厚和底板厚度計(jì)算 17 5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 5.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 19 5.2 澆注系統(tǒng)設(shè)各部件設(shè)計(jì) 19 5.2.1 主流道的設(shè)計(jì) 19 5.2.2 主流道襯套（澆口套）的設(shè)計(jì) 20 5.2.3 分流道的設(shè)計(jì) 21 5.2.4 澆口的設(shè)計(jì) 21 5.2.5 冷料穴的設(shè)計(jì) 22 5.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25 7.1 脫模機(jī)構(gòu)的分類及選用 25 7.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 25 7.3 脫模力的計(jì)算 26 7.4 模具傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 7.4.1 軸及齒輪參數(shù)的確定 26 7.4.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速及軸承的選擇 27 8 注射機(jī)的校核 28 8.1 最大注射量的校核 28 8.2 注射壓力的校核 28 8.3 鎖模力的校核 28 8.4 開模行程的校核 28 9 模溫冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 9.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 30 9.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 30 9.3 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 31 9.4 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 31 9.4.1 冷卻時(shí)間的確定 31 9.4.2 模具熱量的計(jì)算 31 10 模架的選擇 35 10.1 模具的校核 35 10.1.1 模具外形尺寸的校核 35 10.1.2 模具厚度的校核 35 10.1.3 模具安裝尺寸的校核 35 10.2 模具運(yùn)動(dòng)過程 36 結(jié)論 37 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 2 附錄 單澆口優(yōu)化注塑模 摘要：本文論述了一種單澆口位置優(yōu)化注塑模具的方法?？陀^的澆口優(yōu)化，盡量減少注塑制品翹曲變形，因?yàn)槁N曲是一個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量問題，對(duì)大多數(shù)注塑件，這絕大部分受澆口位置影響。專題翹曲的定義是用比例最大位移對(duì)特征表面預(yù)計(jì)長(zhǎng)度的表面特征來(lái)描述零件翹曲。優(yōu)化相結(jié)合，數(shù)值模擬技術(shù)，以找到最佳的澆口位置，其中，模擬退火算法就是用來(lái)尋找最佳的澆口位置。最后，其中一個(gè)例子是討論有關(guān)文件，并可以得出結(jié)論認(rèn)為，所提出的方法是有效的。 關(guān)鍵詞：注塑模， 澆口位置和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，功能翹曲 導(dǎo)言 塑料注塑成型，是一種廣泛使用的，復(fù)雜的，對(duì)大型品種的塑料制品，尤其是那些高產(chǎn)量要求，精密復(fù)雜形狀的有高效率的技術(shù)制作。質(zhì)量注塑件是一個(gè)有功能性，部分幾何，模具結(jié)構(gòu)和工藝條件的塑膠材料。最重要的一部分，注塑模，基本上是以下三組組成：腔，澆口和澆道， 和冷卻系統(tǒng)。 Lam和Seow （ 2000），Jin和Lain（ 2002）達(dá)到平衡腔不同壁厚的一部分。平衡充填過程內(nèi)部腔給出了一個(gè)均勻分布的壓力和溫度，可大幅度減少該部的翹曲。但腔平衡只是其中一個(gè)影響零件質(zhì)量的重要因素。尤其是零件有其功能要求，其厚度通常不應(yīng)該多種多樣。從這個(gè)角度談了注塑模具設(shè)計(jì)，澆口是由其尺寸和位置，和澆道系統(tǒng)的規(guī)模和布局表征的。澆口尺寸和澆道布局通常定為常量。相對(duì)地，澆口位置和澆道的大小是比較有彈性的，能夠多樣的影響零件質(zhì)量。因此，他們往往優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。 Lee和Kim（1996年）為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來(lái)平衡澆道系統(tǒng)。澆道維持平衡可以理解為有相同腔的多腔模具的不同入口壓力，在每一個(gè)腔每一個(gè)熔體流道底部有不同的情體積和幾何形狀。該方法已顯示壓力在整個(gè)多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布。 Zhai等（2005年）發(fā)布兩個(gè)澆口位置優(yōu)化，它的一個(gè)成型腔是由一個(gè)在壓力梯度的基礎(chǔ)上的高效率的搜索方法（ PGSS） ，為由不同尺寸的澆道多澆口零件定位，熔接線向理想的地點(diǎn)（翟等， 2006 ）。作為大容量的一部分，多澆口需要縮短最高流徑，與相應(yīng)減少注射壓力。該方法大可成為設(shè)計(jì)多澆口單型腔的澆口和澆道。 許多注塑件是只制作一個(gè)澆口，無(wú)論是在單型腔模具或多個(gè)腔模具。因此，單澆口的澆口位置是最常見的設(shè)計(jì)優(yōu)化參數(shù)。形狀分析方法是由Courbebaisse和Gaarrcia 2002年提出，是最佳澆口位置的注射成型估計(jì)。后來(lái)，他們研制的這種理論進(jìn)一步研究和應(yīng)用于單一澆口位置優(yōu)化的一個(gè)L形例子（庫(kù)爾伯貝斯，2005年）。 它易于使用，而不耗費(fèi)時(shí)間，而且它只不過是提供了簡(jiǎn)單的有均勻厚度的平面零件。 Pandelidis和Zou（1990年）提出的優(yōu)化澆口位置，由間接質(zhì)量相關(guān)引起的翹曲和物質(zhì)降解，這代表著加權(quán)溫度差，摩擦過熱的時(shí)間。翹曲是受上述因素的影響， 但它們之間的關(guān)系并不明確。 因此，優(yōu)化效果是受制于測(cè)定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素。 Lee和Kim（ l996b ）研制出一種自動(dòng)選擇澆口位置的方法，其中一套初步澆口位置，由設(shè)計(jì)師提出，最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點(diǎn)。結(jié)論在很大程度上 取決于設(shè)計(jì)師的直覺，因?yàn)榈谝徊绞腔谠O(shè)計(jì)師的主張。 所以在相當(dāng)大的程度上，受限于設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)。 Lam和Jin（2001）開發(fā)了澆口位置優(yōu)化方法，基于最大限度地減少了標(biāo)準(zhǔn)偏差的流徑長(zhǎng)度（標(biāo)準(zhǔn)差[大] ）和在成型充填過程中的標(biāo)準(zhǔn)偏差的灌裝時(shí)間（標(biāo)準(zhǔn)差[ T ] ）。隨后，沈等人（ 2004 年 ） ，優(yōu)化了澆口位置設(shè)計(jì)通過最小加權(quán)充氣壓力，灌裝時(shí)間區(qū)別不同的水流路徑，溫差變化大，以及過度包裝的百分比。Zhai等 （ 2005 年）在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的注射壓力。這些研究人員介紹目標(biāo)函數(shù)作為注塑成型灌裝操作，這對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)有益。 但之間的相關(guān)性是非常復(fù)雜和不清晰在它們之間已經(jīng)觀察到。 人們還很難選擇適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子為每個(gè)函數(shù)。 一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)注塑制品翹曲變形，以優(yōu)化澆口位置。 直接衡量零件質(zhì)量，這項(xiàng)調(diào)查定義特征翹曲來(lái)評(píng)價(jià)零件翹曲，這是從"流加翹曲"模擬產(chǎn)出Mouldflow塑料洞察力（電傳等）的軟件。目標(biāo)函數(shù)最小化，在澆口位置優(yōu)化，以達(dá)到最低變形。 模擬退火算法是用來(lái)尋找最優(yōu)澆口位置。 給出了一個(gè)例子來(lái)說明建議優(yōu)化程序的有效性。 質(zhì)量措施：特征翹曲 定義特征翹曲 運(yùn)用優(yōu)化理論設(shè)計(jì)澆口，零件的質(zhì)量措施必須指定在初審。術(shù)語(yǔ)"質(zhì)量"可轉(zhuǎn)介許多產(chǎn)品性能，如力學(xué)，熱學(xué)， 電子，光學(xué)，工效學(xué)或幾何性質(zhì)。有兩種零件質(zhì)量測(cè)量：直接和間接。一個(gè)有預(yù)測(cè)性的模型，從數(shù)值模擬結(jié)果，可作為一個(gè)直接的質(zhì)量測(cè)量。 相比之下，間接測(cè)量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標(biāo)質(zhì)量，但它并不能提供對(duì)其質(zhì)量的直接估計(jì)。 翹曲，在相關(guān)工程的間接質(zhì)量測(cè)量，是一個(gè)注塑成型流動(dòng)行為或加權(quán)。 這種行為是作為填充不同流徑的時(shí)間差，溫度差，過度包裝的比例問題，等等。這是很明顯的，翹曲是受這些因素的影響，但翹曲和這些因素的關(guān)系是不明確的，而且決定這些因素所占的比重是相當(dāng)困難的。因此，用上述目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化大概不會(huì)減低零件翹曲，甚至是完美的優(yōu)化技術(shù)。 有時(shí)，不恰當(dāng)加權(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)位移被定性為直接質(zhì)量測(cè)量，以達(dá)到最低變形鏈優(yōu)化研究。統(tǒng)計(jì)數(shù)量通常是最多節(jié)點(diǎn)位移，平均每年有10%的節(jié)點(diǎn)位移，而且整體平均節(jié)點(diǎn)位移（李和金， 1995 ; 1996 ） 。這些節(jié)點(diǎn)的位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得，統(tǒng)計(jì)值，在一定程度上代表著變形。 但統(tǒng)計(jì)位移不能有效地描述變形的注塑件。 在工業(yè)方面，設(shè)計(jì)者和制造商通常更加注意，部分上翹曲在某些特點(diǎn)上超過整個(gè)變形注射模塑件的程度。在這項(xiàng)研究中，特征翹曲是用來(lái)形容變形的注塑件。特征翹曲是表面上的最大位移與表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度之比（圖1 ） ： （1） 其中γ是特征翹曲， h是特征表面偏離該參考平臺(tái)的最高位移，L是在與參考方向平行的參考平臺(tái)上的表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度。 對(duì)于復(fù)雜的特點(diǎn)（這里只討論平面特征） ，翹曲的特點(diǎn)是通常在參考平面內(nèi)分為兩個(gè)區(qū)域，它是代表一個(gè)二維坐標(biāo)系統(tǒng)： （2） 其中，是特征翹曲在X ， Y方向， ，是表面特征的預(yù)計(jì)長(zhǎng)度在 X ，Y上的投影。 特征翹曲的評(píng)定 與相應(yīng)的參考平面和投影方向結(jié)合起來(lái)測(cè)定目標(biāo)特征后，，其L的值可以從圖中用解析幾何立即計(jì)算出來(lái)（圖2 ） 。在特定的表面特征和預(yù)測(cè)的方向，L是一個(gè)常量。 但H的評(píng)定比L復(fù)雜得多。 模擬注射成型過程是一種常見的技術(shù)，以預(yù)測(cè)質(zhì)量來(lái)設(shè)計(jì)零件，設(shè)計(jì)模具和工藝設(shè)置。結(jié)果翹曲模擬表達(dá)為節(jié)點(diǎn)撓度上的X ， Y ， Z分量 ，以及節(jié)點(diǎn)位移W。W是向量長(zhǎng)度的矢量總和：+ + ，其中 i，j，k是在X，Y，Z方向上的單位矢量。H是在特征表面上的節(jié)點(diǎn)的最大位移， 這與通常方向的參考平面相同，并能產(chǎn)生結(jié)果的翹曲仿真。 計(jì)算h時(shí)，節(jié)點(diǎn)的撓度提取如下： 其中是撓度在正常方向參考平面內(nèi)提取節(jié)點(diǎn); ， ， 是對(duì)撓度的X ， Y ， Z分量的提取節(jié)點(diǎn);α，β，γ是角度的向量參考; A和B是終端節(jié)點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)方向（圖2 ） ; 和是節(jié)點(diǎn)A和B的撓度： 其中， ，，是對(duì)節(jié)點(diǎn)A的撓度在X，Y，Z方向上的分量； ，和是對(duì)節(jié)點(diǎn)B的撓度在X ， Y ， Z方向上的分量; 和是終端節(jié)點(diǎn)撓度的加權(quán)因子，計(jì)算方法如下： 是提取節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)A投影間的距離， H是的最大絕對(duì)值。 在工業(yè)方面，視察該翹曲借助了一個(gè)觸角衡量，被測(cè)工件放在一個(gè)參考平臺(tái)上。 H是一個(gè)最大數(shù)值，讀數(shù)在被測(cè)工件表面和參考平臺(tái)間。 澆口位置優(yōu)化問題的形成 從質(zhì)量來(lái)說， "翹曲" ，是指永久變形的部分不是由實(shí)用的負(fù)載引起的。 它是由整體差動(dòng)收縮引起，即聚合物流通，包裝，冷卻，結(jié)晶的不平衡。 安置一個(gè)澆口，在注射模具整個(gè)設(shè)計(jì)中是一個(gè)最重要的步驟。 高質(zhì)量的成型零件受澆口的影響很大，因?yàn)樗绊懰芰狭鬟M(jìn)入型腔的澆道。因此，不同的澆口位置會(huì)引入不均勻的取向，密度，壓力和溫度分布，因而引入不同的值和分配翹曲。 因此，澆口位置，是一個(gè)有用的設(shè)計(jì)變量，以盡量減少注塑零件翹曲。因?yàn)橄嚓P(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布，是在相當(dāng)大程度上獨(dú)立于熔體和模具的溫度，在這項(xiàng)調(diào)查中它是假定該成型條件保持不變。 注射成型零件翹曲是量化特征翹曲，其中在上一節(jié)討論了。 因此單一澆口位置優(yōu)化，可以依如下制造 ： 最小化： 主題： 其中γ是特征翹曲變形; p是在澆口位置的注入壓力; 是注入成型機(jī)器的可允許注入壓力或被設(shè)計(jì)者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力; x是坐標(biāo)向量的候選澆口位置; 是節(jié)點(diǎn)有限元網(wǎng)格模型的一部分，為注射成型過程模擬; N是節(jié)點(diǎn)總數(shù)。 在有限元網(wǎng)格模型中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能是一個(gè)澆口。 因此，可能是澆口位置的總數(shù) 是一個(gè)有關(guān)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)目N和總澆口數(shù)n的函數(shù)： 在這項(xiàng)研究中，只對(duì)單澆口選址問題進(jìn)行調(diào)查。 模擬退火算法 模擬退火算法是其中最強(qiáng)大和最流行的元啟發(fā)式解決優(yōu)化問題，因?yàn)樘峁┝己玫囊詫?shí)際條件全面化解決辦法。 該算法是基于Metropolis （ 1953 ） ，這原本是用來(lái)在原子某一特定溫度找到一個(gè)平衡點(diǎn)的方法。這一算法和數(shù)字最小化的聯(lián)系是Pincus（ 1970年）第一個(gè)注意到，但Kirkpatrick（ 1983年）等人提議，把它形成一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)組合（或其他）。 運(yùn)用模擬退火法優(yōu)化問題，目標(biāo)函數(shù)f是用來(lái)作為函數(shù)E的能源，而不是找到一個(gè)低能源配置，問題就變成尋求近似全局最優(yōu)解。配置的值的設(shè)計(jì)變量是替代能源配置本身，控制參數(shù)的過程是取代溫度。 一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器被用作為設(shè)計(jì)變量產(chǎn)生新的值。 這是顯而易見的，該算法只需要將極小化問題列入考慮范圍。 因此，在最大化問題上，目標(biāo)函數(shù)是乘以（ -1 ） 來(lái)取得一個(gè)可能的數(shù)。 模擬退火算法的主要優(yōu)點(diǎn)是比其他方法更能夠避免在局部極小被困。 這種算法采用隨機(jī)搜索，而不是只接受變化，即減少目標(biāo)函數(shù)f ，而且還接受了一些變化來(lái)增加它。 后者則是接受一個(gè)概率P 其中是f的增量， k是Boltzman常數(shù)， T是一個(gè)控制參數(shù)，其中原數(shù)分析是眾所周知的"恒溫"制度 ，并且無(wú)視客觀功能參與。 在澆口位置優(yōu)化，實(shí)施這一算法的說明圖（圖3），此算法的詳細(xì)情況如下： （ 1 ） SA算法開始是從最初的澆口位置，同一個(gè)指定值的"溫度"參數(shù)T （"溫度"計(jì)數(shù)器K最初定為零） 。 適當(dāng)控制參數(shù)（ 0 < c < 1 ）給出退火過程與馬爾可夫鏈N。 （ 2 ） SA算法在的旁邊生成一個(gè)新的澆口位置來(lái)計(jì)算目標(biāo)函數(shù) f（ x ）的值。 （ 3 ）新澆口位置由接受函數(shù)決定接受的概率 一個(gè)統(tǒng)一的隨機(jī)變量產(chǎn)生[ 0,1 ] ， 如果<， 接受，否則就拒絕。 （ 4 ） 這個(gè)過程重復(fù)是的迭代次數(shù)（ ），用這種序列審判澆口位置被稱為馬爾可夫鏈。 （ 5 ）因?yàn)闇p少的"溫度''，生成一個(gè)新的馬爾可夫鏈，（在先前的馬爾可夫鏈里，從最后接受的澆口位置生成），這一“溫度”減少的過程將一直持續(xù)直到酸算法結(jié)束。 應(yīng)用與探討 在一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用，在這一節(jié)討論質(zhì)量測(cè)量和優(yōu)化方法。 該部分是由一個(gè)制造商提供，如圖4所示。 在這一部分，平坦的基底表面上是最重要的輪廓精度要求。因此 ，翹曲變形特征在基底表面討論，其中參考平臺(tái)指定為水平面附于基底表面，縱方向指為預(yù)計(jì)參考方向。參數(shù)h是基底面對(duì)正常方向的最高偏轉(zhuǎn)即垂直方向，參數(shù)L是基底表面的預(yù)測(cè)長(zhǎng)度在縱向上的投影。 圖4 制造商提供的工業(yè)產(chǎn)品 該產(chǎn)品的材料是尼龍Zytel 101L（ 30 ％EGP，杜邦工程聚合物）。 在模擬算法中的成型條件列在表1 。 圖5顯示了有限元網(wǎng)格模型的一部分，是受制于數(shù)值模擬。 它有1469個(gè)節(jié)點(diǎn)和2492元素。 目標(biāo)函數(shù)，即特征翹曲，由方程（ 1 ），（ 3 ） ? （ 6 ）定義 。 其中h 是從"流量+流道分析序列中式（ 1 ）里的MPI所得 ，L在該工業(yè)產(chǎn)品中的測(cè)量值即L = 20.50毫米。 表1 在仿真中的成型條件 MPI的是注塑成型模擬使用最廣泛的軟件，它可以向您推薦在流動(dòng)平衡前提下的最佳澆口位置。 對(duì)于澆口位置設(shè)計(jì)，澆口位置分析是一個(gè)有效的工具，但除了實(shí)證方法。 對(duì)于這點(diǎn)，澆口選址分析，MPI認(rèn)為最佳澆口位置是接近節(jié)點(diǎn)N7459 ，如圖5所示。零件翹曲是模擬在此推薦澆口基礎(chǔ)上，因此，特征翹曲評(píng)定： ，這很有價(jià)值。 在實(shí)際制造中，零件翹曲是可見的在樣品工件上。 這是制造商不能接受的。 在基底表面的最大翹曲，是由不均勻取向分布的玻璃纖維造成的，圖6所示。圖6顯示，玻璃纖維取向的變化，從消極方向到積極方向進(jìn)行，因?yàn)檫@個(gè)澆口位置，尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變?cè)谶@個(gè)澆口附近。澆口位置造成的多樣化的纖維取向引起嚴(yán)重的差動(dòng)收縮。 因此，特征翹曲是和澆口的位置有關(guān)，必須優(yōu)化，以減少部分翹曲。 在本條中搜索討論優(yōu)化澆口位置，模擬退火， "模擬退火算法" ，是適用于這個(gè)的。 最高迭代次數(shù)選定為30至確保精密的優(yōu)化，而且進(jìn)行多次的隨機(jī)試驗(yàn)，讓每一次迭代中被評(píng)為10至跌幅的概率為無(wú)效迭代，使之沒有一個(gè)重復(fù)的方案。 N7379節(jié)點(diǎn)（圖5） ，是最佳澆口位置。 特征翹曲評(píng)定，從翹曲模擬結(jié)果函數(shù)f（X）= γ= 0.97 ％ ，可說是少于MPI建議的澆口。 在實(shí)際制造中零件翹曲符合制造商的要求。 圖6b 表明，在模擬纖維取向。它是可見的最優(yōu)澆口位置，取決于玻璃纖維取向，因此，減少收縮差異在垂直方向沿縱向發(fā)展。因此，特征翹曲減少了。 結(jié)論 在這項(xiàng)調(diào)查中，特征翹曲是來(lái)描述注塑制品翹曲變形，在數(shù)值模擬軟件MPI的基礎(chǔ)上評(píng)定。 特征翹曲的評(píng)定是為單一澆口位置塑膠注塑模具，基于數(shù)值模擬結(jié)合模擬退火算法優(yōu)化。 工業(yè)產(chǎn)品作為一個(gè)例子來(lái)說明所提出的方法。 該方法取決于最佳澆口位置，產(chǎn)品是令制造商滿意的。 這個(gè)方法也適合于其它翹曲最小化的優(yōu)化問題，例如優(yōu)化多澆口位置，流道系統(tǒng)的平衡，并選擇各向異性材料。 參考文獻(xiàn)： Courbebaisse,G,2005．Numerica1 simulation of injection moulding process and the pre-moulding concept.Computational Materials Science，34(4)：397-405. [dol：1O．1O164．commatsci．2004．11．0041 ] Courbebaisse，G，Garcia，D．，2002．Shape analysis and injetion moulding optimization． Computational Materia Science，25(4)：547—553． [dol：lO．1016／S0927—0256(000333—6]。 Jin，S．，Lam，Y．C．，2002．2．5D cavity balancing．Journal of Injection Moulding Technology，6(4)：284—296． Kirkpatrick，S．，Gerlatt，C．D．Jr．，Vecchi，M ．E，1983．Optimization by simulated annealing．Science，220(4598)：671—680.[dol：lO．1126／science 220．4598．671] Lam．Y C．．Seow,L．W 2000．Cavity balance for plastic injection moulding．Polymer Engineering and Science， 40(6)：1273—1280．[doi：1O．1O02／pen 11255] Lam，Y C．，Jin，S．，200 1．Optimization of gate location for plastic injection moulding．Journal of Injection Moulding Technology，5f3)：180一l92． Lee B．H．，Kim ，B．H．，1995．Optimization of part wal1 thicknesses to reduce warpage of injection—moulded parts based on the m odified complex method． Polymer-Plastics Technology andEngineering．34(5)：793—8 l1． Lee，B．H．．Kim．B．H．．1 996a．Automated design for the runner system of injection moulds based on packing simulation．Polymer-Plastics Technology and Engineering，35(1)：147—168． Lee，B．H．，Kim ，B．H．，1 996b．Automated selection of gate 1ocation based on desired quality ofinjection moulded part．Polymer-Plastics Technology and Engineering，35(2)：253—269． M etropolis，N．，Rosenbluth，A．W ，Rosenbluth，M ．N．，Teller,A．H ．．Teller．E．，1953．Equations of state calculations by fast computing machines．Journal of Chemical Phvs cs，2l(6)：1087—1092．[doi：lO 1063／1 1699114] Pandelidis，I．，Zou，Q．，1 990．Optimization of injection moulding design Part I：gate location optimization．Polymer Engineering andScience，30(15)：873—882．[doi：lO．1002／pen．760301 502] Pincus，M ．．1 970．A Monte Carlo method for the approximate solution of certain types of constrained optimization problem s．Operations Research．18：1225—1228．Shen，C．Y ，Yu，X．R．，Wang，L．X．，Tian，Z．，2004a．Gate 1ocation optimization of plastic injection moulding．Journal of Chemical Industry and Engineering，55(3)：445—449(in Chinese)． Shen，C．Y．，Yu，X．R．，Li，Q．，Li，H．M．，2004b．Gate 1ocation optimization in injection moulding by using modified hill—climbing algorithm． Polymer-Plastics Technology and Engineering， 43(3)：649—659． [doi：l0．1081／PPT-1 20038056] Zhai，M ．，Lam，L．C．，Au，C．K．，2005a．Algorithm s for two gate optimization in injection moulding．／nternational Polymer Processing．20(11：14．18． Zhai，M ．，Lam ，L．C．，Au，C．K．，Liu，D．S．，2005b．Automated selection of gate 1ocation for plastic injection moulding processing．Polymer-Plastics Technology and Engineering44(2229—242． Zhai，M ．，Lam ，L．C．，Au，C．K．，2006．Runner sizing and weld line positioning for plastics injection moulding with multiple gates．Engineering with Computers，2l(3)：2 1 8—224．[doi：1 O．1 007／s00366—005—0006—6]. 15