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江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 附錄 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 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 。 客觀的澆口優(yōu)化，盡量減少注塑制品翹曲變形，因為翹曲是一個關(guān)鍵質(zhì)量問題，對大多數(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特征表面預(yù)計長度的表面特征來描述零件翹曲。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尋找最佳的澆口位置。最后，其中一個例子是 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)。 2000）， 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。從這個角度談了注塑模具設(shè)計，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)計參數(shù)。 1996 年）為多種注射溶洞優(yōu)化了澆道和澆口的大小來平衡澆道系統(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，在每一個腔每一個熔體 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多腔模具成型周期中的單腔里均勻分布。 （ 2005 年）發(fā)布兩個澆口位置優(yōu)化，它的一個成型腔是由一個在壓力梯度的基礎(chǔ)上的高效率的搜索方法（ ，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（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)計多澆口單型腔的澆口和澆道。 許多注塑件是只制作一個澆口，無論是在單型腔模具或多個腔模具。因此，單澆口的澆口位置是最常見的設(shè) 計優(yōu)化參數(shù)。形狀分析方法是由 002年提出，是 最佳澆口位置的注射成型估計。后來，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 爾伯貝斯， 2005 年）。 它易于使用，而不耗費時間，而且它只不過是提供了簡單的有均勻厚度的平面零件。 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 于測定轉(zhuǎn)歸的加權(quán)因素。 研制出一種自動選擇澆口位置的方法，其中一套初步澆口位置，由設(shè)計師提出，最優(yōu)澆口是位于相鄰節(jié)點。結(jié)論在很大程度上 取決于設(shè)計師的直覺，因為第一步是基于設(shè)計師的主張。 所以在相當(dāng)大的程度上，受限于設(shè)計師的經(jīng)驗。 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)計通過最小加 權(quán)充氣壓力，灌裝時間區(qū)別不同的水流路徑，溫差變化大，以及過度包裝的百分比。 （ 2005 年）在去年底調(diào)查了最佳澆口位置與評價標(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)因子為每個函數(shù)。 一個新的目標(biāo)函數(shù)來評價注塑制品翹曲變形，以優(yōu)化澆口位置。 直接衡量零件質(zhì)量，這項調(diào)查定義特征翹曲來評價零件翹曲，這是從 "流加翹曲 "模擬產(chǎn)出 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尋找最優(yōu)澆口位置。 給出了一個例子來說明建議優(yōu)化程序的有效性。 質(zhì)量措施：特征翹曲 定義特征翹曲 運用優(yōu)化理論設(shè)計澆口，零件的質(zhì)量措施必須指定在初審。 術(shù)語 "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 測量 ：直接和間接。 一個 有 預(yù)測性 的 模型，從數(shù)值模擬結(jié)果， 可作為 一個直接的質(zhì)量 測量 。 相比之下，間接測量的零件質(zhì)量是正相關(guān)目標(biāo)質(zhì)江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 量，但它并不能提供 對其質(zhì)量的 直接估計。 翹曲，在相關(guān)工程 的 間接質(zhì)量 測量 ，是一個注塑成型流動行為或加權(quán)。 這種行為 是作為填充不同流徑的 時間差，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)化大概不會減低零件翹曲，甚至 是 完美的優(yōu)化技術(shù)。 有時，不恰當(dāng)加權(quán)因素，將導(dǎo)致完全錯誤的結(jié)果。 一些統(tǒng)計量計算，節(jié)點位移被定性為直接質(zhì)量 測量 ，以達(dá)到最低變形鏈優(yōu)化研究。 統(tǒng)計數(shù)量通常 是最多節(jié)點位移，平均每年有 10%的 節(jié)點位移， 而且 整體平均節(jié)點位移（李和金， 1995 ; 1996 ） 。這些節(jié)點 的 位移容易從數(shù)值模擬結(jié)果獲得，統(tǒng)計值，在一定程度上代表著變形。 但統(tǒng)計位移不能有效地描述變形的注塑件。 在工業(yè)方面，設(shè)計者和制造商通常 更 加注意，部分上翹曲 在某些 特點 上 超過整個變形注射模塑件的程度。在這項研究中，特征翹曲是 用 來形容變形的注塑件。特征翹曲 是 表面上的最大位移 與 表面特征 的預(yù)計長度 之 比（圖 1 ） ： （ 1） 其中γ 是特征翹曲， 最高位移， 與 參考方向平行的參考平臺 上的表面特征 的 預(yù)計長度 。 對于復(fù)雜的特點（這里只討論平面特征） ，翹曲的特點是通常 在 參考平面 內(nèi) 分為兩個 區(qū)域 ，它是代表一個二維坐標(biāo)系統(tǒng)： （ 2） 其中 ， 是特征翹曲在 X ， ， 是表面特征 的 預(yù)計長度 在 X ， 投影 。 特征翹曲的評定 與相應(yīng)的參考平面和投影方向結(jié)合起來測定目標(biāo)特征 后 ，，其 L 的 值可以從 圖中用 解析幾何立即計算出來（圖 2 ） 。 在 特定的表面特征和預(yù)測的方向 ， 但 定比 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 模擬注射成型過程是一種常見的技術(shù)，以預(yù)測質(zhì)量 來 設(shè)計零件，設(shè)計模具和工藝設(shè)置。結(jié)果翹曲模擬表達(dá)為節(jié)點撓度上的 X ， Y ， ，以及節(jié)點位移 W。 的矢量總和 ：+ + ， 其中 i， j， X， Y， 位矢量。 特征表面上的節(jié)點的 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 。 計算 點 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 ; ， ， 是對撓度的 X ， Y ， α ， β ， γ 是角度的向量參考 ; 是終端節(jié)點，可以 預(yù)測 方向（圖 2 ） ; 和 是節(jié)點 的 撓度： 其中 ， ， ， 是對節(jié)點 度 在 X， Y， ， 和 是對節(jié)點 度 在 X ， Y ， 量 ; 和 是終端節(jié)點撓度 的 加權(quán)因子 ， 計算方法如下： 是提取節(jié)點和節(jié)點 最 大 絕對值 。 在工業(yè)方面，視察該翹曲借助了一個觸角衡量，被測工件放在一 個 參考平臺 上 。 H 是一個最 大 數(shù)值 ，讀數(shù)在 被測工件表面和參考平臺 間 。 澆口位置優(yōu)化問題的形成 從 質(zhì)量來說， "翹曲 " ，是指永久變形的部分 不 是 由 實用的負(fù)載引起 的 。 它是由 整體 差動收縮 引起，即 聚合物流通，包裝，冷卻，結(jié)晶 的 不平衡。 安置一個 澆口， 在注射模具 整個設(shè)計中 是一個最重要的 步驟 。 高質(zhì)量的成型零件 受澆口的影響 很大，因為它影響塑料 流 進(jìn)入型腔 的澆道 。因此，不同的澆口位置 會 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 有用 的設(shè)計變量，以盡量減少注塑零件翹曲。因為相關(guān)關(guān)系澆口位置和翹曲分布，是在相當(dāng)大程度上獨立于熔體和模具的溫度，在這項調(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： 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 主題： 其中 γ 是特征翹曲變形 ; 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)計者或制造業(yè)者指定的可允許的注入壓力 ; 是節(jié)點有限元網(wǎng)格模型的一部分，為注射成型過程模擬 ; 在有限元網(wǎng)格模型 中 ，每一個節(jié)點 都有可能是一個澆口 。 因此，可能 是 澆口位置 的 總數(shù) 是一個有關(guān)的總節(jié)點數(shù)目 口 數(shù) 數(shù)： 在這項研究中，只 對 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，因為提供良好的 以實際條件全面化 解決辦法。 該算法是基于 1953 ） ，這原本是 用來 在原子某一特定溫度找到一個平衡點的 方法。 這一算法和數(shù) 字 最小化 的 聯(lián)系是 1970年）第一個注意到，但 1983年）等人提議，把它形成一項優(yōu)化技術(shù)組合（ 或 其他）。 運用模擬退火法優(yōu)化問題，目標(biāo)函數(shù) 數(shù) 源 ， 而不是找到一個低能源配置，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。 一個隨機(jī)數(shù)發(fā)生器被用作為設(shè)計變量產(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（ 來 取得一個 可能的數(shù) 。 模擬退火算法 的 主要優(yōu)點是比其他方法 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 增加 它 。 后者則是接受一個概率 P 其中 是 量 ， 中 原數(shù)分析 是眾所周知的 "恒溫 "制度 ， 并且 無視客觀功能參與。 在澆口位置優(yōu)化，實施這一算法 的 說明圖 （圖 3） ，此算法的詳細(xì)情況如下： 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 （ 1 ） 從最初的澆口位置 ， 同一個指定值的 "溫度 "參數(shù) T （ "溫度 "計數(shù)器 。 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 ） 旁邊 生成一個新的澆口位置 來計算 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 ） 因為減少的 "溫度 '' ，生成一個新的馬爾可夫鏈，（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)量測量和優(yōu)化方法。 該部分是由一個制造商提供，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，其中參考平臺指定為水平面附于基底表面，縱 方向指為預(yù)計參考方向。參數(shù) 數(shù) 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 圖 4 制造商提供的工業(yè) 產(chǎn)品 該 產(chǎn)品的 材料是尼龍 01L（ 30 ％ 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 節(jié)點和 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 ， 工業(yè)產(chǎn)品中的測量值 即 L = 表 1 在仿真 中的 成型條件 用 最廣泛的軟件，它可以向您推薦 在 流動 平 衡 前提下的 最佳澆口位置。 對于 澆口位置設(shè)計 ， 澆口位置分析是一個有效的工具， 但 除了實證方法。 對于這 點 ， 澆口 選址分析 ， 近節(jié)點 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 定 ： ，這很有價值。 在 實際 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 ，因為這個 澆口位置 ，尤其是最大的纖維方向轉(zhuǎn)變 在這個澆口附近 。 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。 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 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，讓每一次迭代中被評為 10 至跌幅的概率 為 無效迭代， 使之 沒有一個重復(fù)的方案。 5） ， 是 最佳澆口位置。 特征翹曲評 定 ，從翹曲模擬結(jié)果函數(shù) f（ X） = γ = ，可說是少 于 議的 澆口 。 在 實際 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 在這項調(diào)查 中，特征 翹曲 是 來描述注塑制品翹曲變形 ，在 數(shù)值模擬軟件 基礎(chǔ)上評 定 。 特征翹曲 的 評 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 作為一個例子來說明所提出的方法。 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)： ,2005． of 34(4)： 397[1O． 12004． 11． 0041 ] G ， D ．， 2002 ． 25(4)： 547— 553． [1016／0256(000333— 6]。 S．， Y． C．， 2002． 2． 5D (4)： 284— 296． S．， C． D． M ． E， 1983． 蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 by 220(4598)： 671— 680.[1126／ 20． 4598． 671] Y C．． ． W 2000． 40(6)： 1273— 1280． [1O． 11255] Y C．， S．， 200 1． of 5 180一 ． H．， B． H．， 1995． of to of on m 34(5)： 793— 8 B． H．． B． H．． 1 996a． of on 35(1)： 147— 168． B． H．， B． H．， 1 996b． of on 35(2)： 253— 269． M N．， A． W ， M ． N．， ． H ．． E．， 1953． of by 2l(6)：1087— 1092． [063／ 1 1699114] I．， Q．， 1 990． of ： 30(15)： 873— 882． [1002／ 760301 502] M ．． 1 970． A of of s． 18： 1225— 1228． C． Y ，X． R．， L． X．， Z．， 2004a． of 55(3)： 445— 449( C． Y．， X． R．， Q．， H． M．， 2004b． in by 43(3)： 649— 659． [1081／ 0038056] M ．， L． C．， C． K．， 2005a． s in 20(11： 14． 18． M ．， L． C．， C． K．， D． S．， 2005b． of 229— 242． M ．， L． C．， C． K．， 2006． 2l(3)： 2 1 8— 224． [ O． 1 007／ 005— 0006— 6].