外文翻譯--單門的塑料注塑模具的優(yōu)化 中文版

畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 系 別： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 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： 2006年 11月 22 號，修訂 2007年 3月 19日 摘要：本文論述一個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，因為翹曲是一個至關(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，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)計參數(shù)。 李和基姆（ 1996）優(yōu)化流道和大門的尺寸為多點噴射腔澆注系統(tǒng)的平衡。流道平衡被描述為一個入口壓力的差異 ， 具有相同的腔模多腔，在熔體的流動路徑中的每個腔不同空腔體積和幾何形狀的一個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，在整個成型周期的多腔模具。 翟等人 （ 2005年） 提出了一個成型腔的兩個澆口位置優(yōu)化的基礎(chǔ)上由一個壓力梯 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 。 許多注塑件中產(chǎn)生的一個柵極，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)計參數(shù)進行優(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。隨后，他們開發(fā)的這種方法，進一步把它應(yīng)用到單一澆口位置優(yōu)化的一個 L形的例子。它易于使用，并且不耗時的，而它僅用于具有均勻厚度的簡單 的平坦部的轉(zhuǎn)動。 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)，這是代表一個溫度微分項的加權(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)的澆口位置的自動選擇方法，其中一組初始的澆口位置是由設(shè)計師然后最佳澆口的相鄰節(jié)點處提出評價方法。結(jié)論在很大程度上取決于人類設(shè)計師的直覺，因為該方法的第一步是根據(jù)設(shè)計者的構(gòu)想。這樣的結(jié)果是在很大程度上限制了設(shè)計師 的經(jīng)驗。 林金（ 2001）開發(fā)了一個澆口位置的優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上最大限度地減少流道長度的標準差（ SDL）和標準偏差（ SDT）在成型填充過程中充模時間。隨后，Shen 等人優(yōu)化澆口位置設(shè)計最小化的加權(quán)和充盈壓，填補之間的時間差不同的流動路徑，溫差大，過度包裝百分比。翟等人調(diào)查與注射壓力的評價標準，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。它是為每個術(shù)語，也難以選擇適當?shù)募訖?quán)因子 。 這里介紹一種新的目標函數(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。目標函數(shù)的最小化，以達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，質(zhì)量的措施的一部分，必須指定在第一個實例。 “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。一個模型，預(yù)測的的屬性數(shù)值模擬結(jié)果的特點將直接對質(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，但它不能提供一個直接的估計 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行為或這些加權(quán)性能。的性能提出了充填時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，不適當?shù)募訖?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)點位移進行了表征，直接質(zhì)量的措施，以實現(xiàn)最小的變形 相關(guān)的優(yōu)化研究。統(tǒng)計量通常是一個最大的結(jié)點位移，平均排名前 10 位的百分節(jié)點位移，和整體平均結(jié)點位移（李和金， 1995 年， 1996年 b）。這些節(jié)點位移從仿真結(jié)果的統(tǒng)計值很容易獲得，一定程度上，代表了變形。但統(tǒng)計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)計師和制造商通常更注重的部分翹曲的程度比整個變形的注塑件上的一些特定的功能。在這項研究中，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，為特征的翹曲， h是偏離基準平臺的最大位移的特性的部件表面上，和 L是表面上的基準方向平行的基準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，其中一個二維坐標系統(tǒng)中表示的： x, y 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。 評價功能翹曲 結(jié)合相應(yīng)的參考平面和投影方向的目標特征的測定后，可以立即計 算出的 L 的值，從部分與解析幾何的計算方法（圖 2）。 L 是一個 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，模具設(shè)計和工藝設(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)點的撓度，節(jié)點位移 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)點的最大位移，并且可以衍生自的翹曲模擬的結(jié)果。 為了計算 h時，第 i 個節(jié)點的偏轉(zhuǎn)首先評價如下： 其中 Wi 是第 i 個節(jié)點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個節(jié)點的撓度，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 ； WA 與 WB是節(jié)點 A和 B的撓度： WAZ X， Y， Z組成部分，節(jié)點 A上的偏差 ； WBX， WBY和 WBZ是 X， Y， Z組成部分，節(jié)點 B上的偏差 ； iA和 iB是終端節(jié)點的權(quán)重因子撓度計算如下： 其中 LIA是 第 i個節(jié)點和最終節(jié)點 A的投影機之間的距離， 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。它是由整個部分的收縮率差異，由于聚合物流動不平衡，保壓，冷卻，和結(jié)晶。 在注塑模具澆口位置是一個總的模具設(shè)計的最重要的變量。模制件的質(zhì)量是由澆口位置受到很大的影響，因為它影響塑料流入模腔的方式。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值的設(shè)計變量。由于相關(guān)澆口位置和翹曲分布之間的是一個獨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，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，注塑機或由設(shè)計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向量 ；Xi為節(jié)點的有限元網(wǎng)格模型的注塑成型過程模擬的部分， N為節(jié)點總數(shù)。 在有限元網(wǎng)格模型的一部分，每個節(jié)點是一個可能的候選人的門。因此，可能的澆口位置的總數(shù) Np是節(jié)點 N和澆口位置的總數(shù)要優(yōu)化 的總 數(shù)的函數(shù)： 在這項研究中，只有單一的澆口位置的問題進行了研究。 模擬退火算法 模擬退火算法是最強大和最流行的元啟發(fā)式算法來解決優(yōu)化的問題，因為現(xiàn)實世界的問題，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，在一個給定的溫度下找到一個平衡結(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)化問題的目標函數(shù) f的能量函數(shù) E而不是尋找一個低能量配置被用作，這個問題變得尋求一個近似的全局最優(yōu)解。身體的能量配置設(shè)計變量的值的結(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)。一個隨機數(shù)發(fā)生器用于生成新的值的設(shè)計變量的一種方式。很明顯，這個算法只需要最小化問題的考 慮。因此，同時執(zhí)行一個最大化問題的目標函數(shù)乘以（ -1），以獲得一個有能力的形式。 模擬退火算法比其他方法的主要優(yōu)點是能夠避免陷入局部極小的。此算法采用一種隨機搜索，這不僅接受目標函數(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， f是 f的增加， k是玻爾茲曼常數(shù)， T 是一個控制參數(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施，并且該算法詳列如下： （ 1） 開始 SA算法從一個初始的澆口位置 Xold 與指派的值 Tk的 “溫度” 的參數(shù) T（ “溫度” 計數(shù)器 k最初設(shè)置為零）。適當?shù)目刂茀?shù) c（ 0 C1）退火過程和馬爾可夫鏈 Ng的的給出。 （ 2） SA算法生成一個新的澆口位置 Xnew在附近的 Xold和計算出的目標函數(shù) f（ X）的值是。 （ 3） 新門的位置將被接受的概率由接受功能： 在 0,1一個統(tǒng)一的隨機變量 Punif的的產(chǎn)生。如果 PunifPaccept, Xnew接受，否則將被拒絕。 （ 4）重復(fù)此過程為一個足夠大的迭代次數(shù)（ Ngenerate）用作 Tk。試用澆口位置以這種方式產(chǎn)生的序列是已知的作為 馬爾可夫 鏈。 （ 5），然后生成新的馬爾可夫鏈（在以前的馬爾可夫鏈從最后被接受澆口位置開始）減少的“溫度 ” Tk的 1=， CTK和相同的過程繼續(xù)用于降低算法 的“溫度”的值，直到停止。 圖 3模擬退火算法的流程圖 應(yīng)用與討論 : 本節(jié)中說明所提出的質(zhì)量測量和優(yōu)化方法應(yīng)用到復(fù)雜的工業(yè)部分。的部分是由制造商提供的，如圖 4所示。在這一部分中，基底表面的平整度是最重要的配置文件的精度要求。因此，特征翹曲討論基底表面上，其中參考平臺被指定為一個水平附著到基底表面，平面的 縱向的方向被指定為預(yù)測的基準方向。參數(shù) h是最大的基底表面上的法線方向，即垂直方向上，和參數(shù) L是在基底表面的縱向方向的投影長度的偏轉(zhuǎn)。 圖 4工業(yè)由生產(chǎn)商提供的部分 材料是：尼龍 ZYTEL101L（ 30，杜邦工程聚合物 EGF）。在模擬中的成型條件在表 1中列出。圖 5顯示了有限元網(wǎng)格模型，采用數(shù)值模擬中的部分。它有1469個節(jié)點和 2492 枚。目標函數(shù)，評價即特征翹曲，由方程（ 1），（ 3） （ 6）。 h的 評價的結(jié)果的“流量 +傳送點 分析” 由式（ 1）序列在 MPI，并緊接工業(yè)部分，L =20.50毫米上測量的 L。 表 1在模擬中的成型條件 條件 值 填寫時間（ s） 2.5 熔體溫度（） 295 模具溫度（ C ） 70 包裝時間（ s） 10 保壓壓力（充盈壓）（） 80 MPI是最廣泛的注射成型模擬軟件，它可以為您推薦最佳的澆口位置均衡流量的基礎(chǔ)上。澆口位置分析，澆口位置的設(shè)計，除了經(jīng)驗方法是一種有效的工具。對于這一部分，澆口位置分析 MPI建議，最佳的澆口位置附近 N7459節(jié)點，如圖5所示。在此基礎(chǔ)上，模擬的部分翹曲 。 因此，推薦的柵極和評估的特征翹曲： = 5.15，這是一個很大的值。在試生產(chǎn)中，翹曲對樣品工件可見。的制造商，這是不能接受的。 玻璃纖維的取向分布不均勻引起的基底表面上的很大的翹曲，如圖 6a 所示。圖 6a示出的玻璃纖維取向角的變化，從負方向到正方向，因為所述柵極的位置，特別是在澆口附近出現(xiàn)的纖維取向角的變化最大。偉大的纖維取向多元化所造成的澆口位置介紹 嚴重的收縮率差異。因此，該功能翹曲值得注意的是，澆口位置進行優(yōu)化，以減少零件翹曲。 圖 5 有 限元網(wǎng)格模型的一部分 圖 6的玻璃纖維的取向分布，與不同的澆口位置 門上設(shè)置 N7459，（ b）在最佳的澆口位置 N7379 要優(yōu)化澆口位置的討論“一節(jié)中的模擬退火算法，模擬退火搜索”是適用于本部分。迭代的最大數(shù)量被選擇為30，以確保優(yōu)化的精度，和允許每次迭代的最大數(shù)量的隨機試驗被選擇為 10，以減少空迭代沒有迭代求解的概率。節(jié)點 N7379（圖 5）是最佳的澆口位置。評估特征翹曲從翹曲的仿真結(jié)果（ X） = =0.97，這是小于由 MPI推薦的柵極。和部分的翹曲符合制造商的要求，在試生產(chǎn)。圖 6b示出了在仿真中的 纖維取向。可以看出，最佳的澆口位置的查詢結(jié)果在甚至玻璃纖維取向，從而引入了大量減少沿長度方向的垂直方向上的收縮差。因此，該功能的翹曲被減小。 結(jié)論 功能的翹曲被定義為描述注塑件的翹曲，數(shù)值模擬軟件 MPI在本次調(diào)查的基礎(chǔ)上進行評估?；跀?shù)值模擬的功能翹曲評價相結(jié)合，與模擬退火算法優(yōu)化的塑料注塑模具的澆口位置。工業(yè)的一部分被作為一個例子來說明所提出的方法。的方法，結(jié)果，在一個最佳的澆口位置，由該部分的制造商是令人滿意的。此方法也適用于其他的優(yōu)化問題翹曲最小化，如多澆口位置優(yōu)化，流道系統(tǒng)平衡，以及各向異性材料的選 項。 參考文獻 Courbebaisse， G.， 2005年。的注射成型工藝的數(shù)值模擬和預(yù)成型的概念。計算材料科學(xué)， 34（ 4） :397-405。 DOI： 10.1016/matsci.2004.11.004 Courbebaisse， G.，加西亞， D.， 2002。形狀分析和注塑優(yōu)化。計算材料科學(xué)， 25（ 4） :547-553。doi： 10.1016/S0927-0256（ 02） 00333-6 金， S.，林， Y.C.， 2002年。 2.5D腔平衡。中國的注塑 成型技術(shù)， 6（ 4） :284-296。 柯克帕特里克， S.， Gerlatt， CDJr，韋基亞， MP， 1983年。 OptimizaKirkpatrick，S.， Gerlatt， CDJr，韋基亞， MP， 1983年。通過模擬退火算法的優(yōu)化?？茖W(xué)， 220（ 4598） :671-680。 DOI： 101126science2204598671 林， Y.C.，劉紹， L.W.， 2000年。注塑模腔平衡。高分子工程與科學(xué)， 40（ 6） :1273-1280。 DOI： 10.1002/pen.11255 林 ， Y.C.，金， S.， 2001年。塑料注塑成型澆口位置優(yōu)化。中國的注塑成型技術(shù)， 5（ 3） :180-192。 李， B.H.，金， B.H.， 1995年。優(yōu)化的一部分壁的厚度，以減少基于修改后的復(fù)雜的方法注射成型零件的翹曲。聚合物 - 塑料技術(shù)與工程， 34（ 5） :793-811。 B.H.，李，金， B.H.， 1996。根據(jù)包裝模擬的注塑模具的熱流道系統(tǒng)的自動化設(shè)計。聚合物 - 塑料技術(shù)與工程， 35（ 1）： 147-168。 李， B.H.，金， B.H.， 1