一種塑料注射成型工藝參數優化方法
2023-11-07 10:56:37
一種塑料注射成型工藝參數優化方法
【專利摘要】一種塑料注射成型工藝參數優化方法，屬於工藝參數優化方法，解決現有塑料注射成型工藝參數優化方法存在的與實際偏差較大、難以準確調整、工藝參數設置過程繁瑣的問題。本發明包括初步優化步驟和再次優化步驟，初步優化步驟可以快速確立工藝參數的主次因素與因素的優水平，獲得工藝參數的可成型性，所得到的工藝參數做為再次優化步驟尋優過程的初始工藝參數，大大降低了在注塑機上開展的試模次數；再次優化步驟採用學習算法在線優化，可以加速尋優的迭代過程，並保證迭代過程的收斂，通過幾次試模，就可以獲得最優的注射成型工藝參數。
【專利說明】一種塑料注射成型工藝參數優化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於工藝參數優化方法，特別涉及一種塑料注射成型工藝參數優化方法。【背景技術】
[0002]塑料注射成型是使塑料先在加熱料筒中均勻塑化，而後由柱塞或螺杆推擠到閉合模具的模腔中冷卻固化成型，獲得塑料製品。塑料注射成型的設備是注塑機。
[0003]在塑料注射成型生產過程中，影響塑料製品質量的因素多而複雜，包括原材料、注塑機、模具和成型工藝，但是在原材料、注塑機、模具等確定之後，決定塑料製品質量的最主要因素是成型工藝。成型工藝參數也成為控制注塑製品質量最快捷、成本最低的因素。因此調節和優化注塑成型工藝參數，對於獲得具有穩定高質量的注塑製品意義重大。
[0004]注塑機工藝參數設置與優化方法主要靠試模，傳統的試模採用嘗試法，即根據經驗不斷進行參數嘗試，它嚴重依賴於人的經驗與水平、複雜工藝控制能力差，導致生產效率低、成品率低、重複精度差、質量難以保證。現有注塑機工藝參數優化方法有:
[0005](I)根據高分子流變學等理論提出的有限元、邊界元等數值模擬軟體，如華中科技大學研發的塑料注射成型模擬軟體HSCAE，以及Autodesk公司的HSCAE軟體等，雖然可以獲得推薦和優化的工藝參數，但是存在計算效率低、生產實踐中材料、製品、模具信息殘缺等問題，並且優化獲得的工藝參數必須人工輸入到注塑機中。
[0006](2)試驗設計的方法，如正交試驗設計，該方法可以很好的減少實驗次數，但是該方法只能限定在已定的水平上，而不是一定試驗範圍內的最優方案，在實際的注射成型生產過程中操作過程繁瑣。
[0007](3)專家系統，如人工神經網絡、實例推理、規則推理等，但是這些方法存在樣本收集的瓶頸，正確而充足的學習樣本才能保證神經網絡的性能。
[0008]此外，上述方法均為離線獲得工藝參數，主要缺陷是工藝參數的設置與優化不是在試模現場同步進行，不能有效考慮室溫、冷卻水溫等外部環境、液壓油泵油溫、機器損耗、傳動機構疲勞等機器差異等產生的工藝參數與產品質量之間的呈現的時變性關係問題。離線獲得的工藝參數與實際偏差較大，難以準確調整，工藝參數設置過程也繁瑣。
[0009]為了理解本發明，以下對有關概念加以解釋:
[0010]製品流長:是指從澆口到製品流動最末端的最長長度。
[0011]流道長度:流道長度是噴嘴到澆口的最長長度。
[0012]流道重量:整個流道系統的總重量。
[0013]製品總重量:一個模具中製品的總重量，為單個製品重量乘以一個模具中製品的數量。
[0014]投影面積:沿著開合模的方向，製品和流道所佔的面積。
[0015]水路數量:模具冷卻水路的條數。
[0016]體積力:體積力為穿越空間作用在所有流體單元上的非接觸力，如重力、慣性力、電磁力等。[0017]源項:是一個廣義量，它代表了那些不能包括到控制方程的非穩態項、對流項與擴散項中的所有其它各項之和。
[0018]短射:又稱欠注、充填不足、製件不滿、走膠不齊等，是指型腔未完全充滿，使得製件不飽滿，外形殘缺不完整。
[0019]氣泡:製品內部形成體積較小或成串孔隙的現象。
[0020]縮水:又稱縮痕、收縮等，是指製品表面不平整，向內產生淺坑或陷窩。
[0021]熔接紋:又稱熔接痕、熔接不良、熔合縫、縫合線等，是指各塑料熔體前端相遇時在制品表面形成的一條線狀痕跡。熔合紋不僅影響製品的外觀形象，而且影響製品的力學性倉泛。
[0022]波流痕:塑件表面產生以澆口為中心的年輪狀、螺旋狀或雲霧狀的波形凹凸不平的現象。
[0023]飛邊:又稱溢料、溢邊、毛邊、批鋒等，是指在模具的不連續處(通常是分模面、排氣孔、排氣頂針、滑動機構等)過量充填造成塑料外溢的瑕疵。
[0024]翹曲:是指製品產生旋轉或扭曲現象，平坦的地方有起伏，直邊朝裡或朝外彎曲或扭曲。
[0025]燒焦:又稱糊斑、黑斑、黑紋等，是指在制品表面出現的暗色點或暗色條紋。黑斑與黑紋是相同類型的瑕疵，只是燒焦的嚴重程度不同而已。
[0026]頂白:塑件的頂出部位有比較明顯的白化現象，即出現霜狀微細裂紋。
[0027]WLF-Cross模型七參數=WLF-Cross模型是一種常用的用來描述溫度、剪切速率、以及壓力對粘度影響的模型，其表達式為:
【權利要求】
1.一種塑料注射成型工藝參數優化方法，包括初步優化步驟和再次優化步驟，其特徵在於: (I)初步優化步驟，包括下述子步驟: (1.1)確定工藝參數及其取值範圍: 所述工藝參數包括熔體溫度tm、模具溫度^、注射速率V、保壓壓力P、保壓時間％、冷卻時間tc; 熔體溫度Tp和模具溫度Tm取值範圍與製品材料類型相對應，從塑料資料庫中確定；所述製品材料類型以塑料類別、牌號、生產廠家表示； 注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp、冷卻時間t。的取值範圍，根據製品材料類型和模具特徵，從實例資料庫中通過相似度查詢獲得； 所述模具特徵包括製品流長、製品最大壁厚、製品重量、澆口數量、流道長度、流道重量、投影面積、水路數量、單位流量； 所述塑料資料庫包括若干條記錄，每條記錄包括塑料類別、牌號、生產廠家、最小注射溫度、最大注射溫度、推薦注射溫度、最小模具溫度、最大模具溫度、推薦模具溫度、最大剪切應力、最大剪切速率、熔融密度、固態密度、比熱容、頂出溫度、熱傳導係數、推薦背壓、推薦螺杆線速率以及WLF-Cross模型七參數，各條記錄來源於塑料生產廠家提供的塑料物性表或者塑料注射成型CAE仿真軟體的塑料資料庫； 所述實例資料庫包括若干條記錄，每條記錄包含模具特徵、製品材料類型以及相應的V、P、tp、t。的取值範圍，各條記錄來源於塑料注射成型CAE仿真軟體的工藝窗口模塊的分析案例或者注塑成型生產廠家實際生產過程中的成功案例； (1.2)正交試驗設計: 以待優化的6個工藝參數Tp、Tm、V、P、tp、t。為因素，將每個工藝參數的取值範圍分為5水平，採用6因素、5水平的正交試驗表L25 (56)，確定用於模擬計算的25組工藝參數組合，其中:L為正交表的符號，25為正交表的行數、表示試驗次數，5為正交表中的因素的水平數，6為正交表的列數、表示實驗因素的個數； (1.3)模擬計算獲得成型質量值，包括下述過程: (1.3.1)判斷製品的幾何圖形文件是否存在，是則對幾何圖形文件中的幾何模型進行網格剖分；否則根據製品的體積、製品的平均壁厚、製品流長、澆口數量、流道長度，構造製品的代理幾何模型，對代理幾何模型進行網格剖分；所述製品的幾何圖形文件由用戶自己設計或者模具製造廠家提供； (1.3.2)查詢塑料注射成型CAE仿真軟體的注塑機資料庫中是否存在注塑成型生產廠家實際生產中所使用的注塑機，是則將該注塑機作為模擬計算所用的注塑機，否則，在塑料注射成型CAE仿真軟體的注塑機資料庫中添加注塑成型生產廠家實際生產中所使用的注塑機，再將其作為模擬計算所用的注塑機； 所述注塑機資料庫包括若干條記錄，每條記錄包括注塑機型號、生產廠家、最大注射量、最大注射速率、最大注射壓力、最大保壓壓力、最大注射行程、最大鎖模力、螺杆直徑、最大螺杆轉速，各條記錄來源於注塑機生產廠家提供的機器參數； (1.3.3)根據所確定的各組工藝參數組合確定邊界條件，採用有限元方法、有限體積方法或有限差分方法求解製品的幾何模型或代理幾何模型的NS方程，獲得每組工藝參數組合的模擬計算結果，模擬計算結果包括最大壓力降t、最低流前溫度T4、最大剪切速率4?、最大剪切應力^ max和最長冷卻時間?= ? 製品的幾何模型或代理幾何模型的NS方程:
2.如權利要求1所述的塑料注射成型工藝參數優化方法，其特徵在於: 所述子步驟(2.2)的過程(2.2.1)中，所述擬定的調整規則是指根據製品缺陷對各工藝參數進行調整的規則: A.對於+1類缺陷: 短射缺陷，則增加熔體溫度Tp、模具溫度Tm、注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp，降低冷卻時間tc ； 氣泡缺陷，則降低熔體溫度Tp，模具溫度Tm不變，降低注射速率V，增加保壓壓力P、保壓時間tp，降低冷卻時間tc； 縮水缺陷，則降低熔體溫度Tp，模具溫度Tm不變，注射速率V不變，增加保壓壓力P、保壓時間tp，降低冷卻時間tc；熔接紋缺陷，則增加熔體溫度τρ、模具溫度Tm、注射速率V，其它參數不變； 波流痕缺陷，則增加熔體溫度τρ、模具溫度Tm，注射速率V不變，增加保壓壓力P、保壓時間tp，降低冷卻時間t。; B.對於-1類缺陷: 飛邊缺陷，則降低熔體溫度τρ，模具溫度Tm不變，降低注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp，增加冷卻時間t。; 翹曲缺陷，則熔體溫度Tp，模具溫度Tm不變，降低注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp，增加冷卻時間tc; 燒焦缺陷，則降低熔體溫度τρ，模具溫度Tm不變，降低注射速率V，保壓壓力P、保壓時間tp、冷卻時間t。不變； 頂白缺陷，則降低熔體溫度τρ，模具溫度Tm不變，降低注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp，增加冷卻時間t。; 脫模困難缺陷，則降低熔體溫度τρ，模具溫度Tm不變，降低注射速率、保壓壓力P、保壓時間tp，增加冷卻時間t。。
【文檔編號】G06F17/50GK103914581SQ201310740053
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】張雲, 周華民, 李德群, 崔樹標, 黃志高, 高煌, 朱偉 申請人:華中科技大學