注塑模的单浇口优化外文翻译

1、 本科生毕业设计 (论文)外 文 翻 译原 文 标 题Single gate optimization for plastic injection mold译 文 标 题注塑模的单浇口优化作者所在系别材料工程系作者所在专业材料成型及控制工程作者所在班级B09812作 者 姓 名梅天宇作 者 学 号20214081210指导教师姓名王智指导教师职称副教授完 成 时 间2021年11月北华航天工业学院教务处制译文标题注塑模的单浇口优化原文标题Single gate optimization for plastic injection mold作 者LI Ji-quan, LI De-qun, GU

2、O Zhi-ying, LV Hai-yuan译 名李继全，李德群，郭智英，吕海泉国 籍中国原文出处Received Nov. 22, 2006; revision accepted Mar. 19, 2007摘要： 本文论述了一种优化单浇口注塑模具浇口的方法。浇口优化就是尽量减少注塑制品翘曲变形，因为翘曲是一个影响质量的问题，对于大多数注塑件，翘曲受浇口位置的影响。我们用相对于特征外表预计长度的最大比例位移来描述零件翘曲，与数值模拟技术相结合，以找到最正确的浇口位置。其中，模拟退火算法就是用来寻找最正确的浇口位置的一种方法。文章最后有一个例子经过讨论并可以得出结论认为，所提出的方法是有效的。

3、关键词：注塑模，浇口位置, 结构优化，功能翘曲导言： 塑料注塑成型是一种广泛使用的、复杂的成型方法。对大型品种的塑料制品，尤其是那些高产量要求、形状复杂的、效率高的塑件进行制作。注塑件是模具结构和工艺条件的功能性塑胶材料。最重要的一局部是注塑模，根本上是以下三局部组成：型腔，浇口和浇道，还有冷却系统。 Lam和Seow 2000，Jin和Lain2002通过研究不同的壁厚，使型腔充填到达平衡。平衡充填过程内部型腔给出了一个均匀分布的压力和温度，可大幅度减少该部位的翘曲。但型腔平衡只是其中一个影响零件质量的重要因素。尤其是零件有其功能要求，其厚度通常不应该多种多样。这里从这个角度谈了注塑模具设计

4、，浇口是由其尺寸和位置，和浇道系统的规模和布局来表示的。浇口尺寸和浇道布局通常定为常量。相对地，浇口位置和浇道的大小是比拟有弹性的，能够多样的影响零件质量。因此，他们往往优化设计参数。 Lee和Kim1996年为多种注射模具优化了浇道和浇口的大小来平衡浇道系统。浇道维持平衡可以理解为有相同型腔的多腔模具的不同入口压力，在每一个型腔每一个熔体流道底部有不同的情体积和几何形状。该方法已显示压力在整个多腔模具成型周期中均匀分布。 Huo等2005年发布两个浇口位置优化方法，它的一个型腔是在压力梯度的根底上的高效率的搜索方法PGSS，为不同尺寸的浇道多浇口零件定位，熔接线移动到理想的地点Huo等，20

5、06。多浇口需要缩短最高流径，来相应减少注射压力。该方法大可成为设计多浇口单型腔的浇口和浇道。 有许多的注塑件其实只制作一个浇口，无论是在单型腔模具或多个型腔的模具。因此，单浇口的浇口位置是最常见的设计优化参数。形状分析方法是由Courbebaisse和Gaarrcia 在2002年提出，是注射成型估计的最正确浇口位置。后来，他们研制的这种理论在单一浇口位置优化的一个L形例子中进一步研究和应用了Courbebaisse，2005年。它易于使用，且不消耗时间，而且它只不过是提供了简单的有均匀厚度的平面零件。 Pandelidis和Zou1990年提出的优化浇口位置方法，由间接质量相关引起的翘曲和

6、物质降解，这代表着加权温度差，摩擦过热影响了翘曲，但它们之间的关系并不明确。因此，优化效果是受制于测定转归的加权因素。 Lee和Kiml996b研制出一种自动选择浇口位置的方法，其中一套初步浇口位置方案，由设计师提出，最优浇口是位于相邻节点。结论在很大程度上取决于设计师的直觉，因为第一步是基于设计师的主张。所以在相当大的程度上，受限于设计师的经验。 Lam和Jin2001开发了浇口位置优化方法，基于最大限度地减少了标准偏差的流径长度标准差大和在成型充填过程中的标准偏差的灌装时间标准差 T 。随后，沈等人2004年，优化了浇口位置设计通过最小加权充气压力，灌装时间区别不同的水流路径，温差变化大，

7、以及过度包装的百分比。Zhai等2005 年在去年底调查了最正确浇口位置与评价标准的注射压力。这些研究人员介绍目标函数作为注塑成型灌装操作，这对相关产品的品质有好处。但是，由于观察到他们之间的相关性非常复杂和不清晰，人们还很难为每个函数选择适当的加权因子。 后来，以优化浇口位置作为一个新的目标函数来评价注塑制品翘曲变形。这项调查定义翘曲的特征来评价零件翘曲，这是从流加翘曲模拟产出Moldflow塑料洞察力电传等的软件。目标函数最小化，是在浇口位置优化，以到达最低变形。模拟退火算法是用来寻找最优浇口位置。下面给出了一个例子来说明建议优化程序的有效性。质量措施：特征翘曲定义特征翘曲 运用优化理论设

8、计浇口，零件的质量措施必须指定在初审。术语质量可转化为许多产品性能，如在力学，热学，电学，光学，工学或几何学的性能。有两种零件质量测量：直接和间接。一个有预测性的模型，数值模拟结果就可作为一个直接的质量测量。相比之下，间接测量的零件质量是正相关目标质量，但它并不能提供对其质量的直接估计。 翘曲，是一个注塑成型流动行为或加权。这种行为作为填充不同流径的时间差，温度差，过度包装的比例问题，等等。这是很明显的，翘曲是受这些因素的影响，但翘曲和这些因素的关系是不明确的，而且决定这些因素所占的比重是相当困难的。因此，用上述目标函数优化大概不会减低零件翘曲。有时，不恰当的加权因素，将导致完全错误的结果。一

9、些统计量的计算，如节点位移，被定性为直接质量测量来到达最低变形优化研究。统计数量通常是最多节点位移，平均每年有10%的节点位移，李和金，1995 ; 1996。这些节点的位移容易从数值模拟结果获得，统计值在一定程度上代表着变形。但统计位移不能有效地描述注塑件的变形。 在工业方面，设计者和制造商通常更加注意翘曲的程度。在这项研究中，特征翘曲是用来形容注塑件的变形。特征翘曲是外表上的最大位移与外表特征的预计长度之比图1： 其中是特征翘曲，h是特征外表偏离该参考平台的最高位移，L是在与参考方向平行的参考平台上的外表特征的预计长度。 图1：特征翘曲的定义 对于复杂的特点这里只讨论平面特征，翘曲的特点是

10、通常在参考平面内分为两个区域，它代表一个二维坐标系统： 其中，是特征翘曲在X ，Y方向， ，是外表特征的预计长度在X ，Y方向上的投影。特征翘曲的评定 与相应的参考平面和投影方向结合起来测定目标特征后，L的值可以从图中用解析几何立即计算出来图2。在特定的外表特征和预测的方向中，L是一个常量。 但H的评定比L复杂得多。 图2：长度的评定模拟注射成型过程是一种常见的技术，用以预测质量来设计零件，设计模具和工艺设置。翘曲模拟结果表达为节点挠度上的X ， Y ， Z分量 ，以及节点位移W。W是向量长度的矢量总和：+ + ，其中 i，j，k是在X，Y，Z方向上的单位矢量。H是在特征外表上的节点的最大位移

11、，这与通常方向的参考平面相同，并能产生结果的翘曲仿真。 计算h时，节点的挠度如下： 其中是挠度在正常方向参考平面内提取节点; ， ， 是对挠度的X ， Y ， Z分量的提取节点;，是角度的向量参考; A和B是终端节点，可以预测方向图2 ； 和是节点A和B的挠度： 其中， ，是对节点A的挠度在X，Y，Z方向上的分量； ，和是对节点B的挠度在X ， Y ， Z方向上的分量；和是终端节点挠度的加权因子，计算方法如下： 在工业方面，视察该翘曲借助了一个触角衡量，被测工件放在一个参考平台上。 H是一个最大数值，读数在被测工件外表和参考平台间。浇口位置优化问题的形成 从质量来说，翘曲，是指永久变形的局部不

12、是由实用的负载引起的。它是由整体差动收缩引起，即聚合物流通，包装，冷却，结晶的不平衡。 在注射模具安置一个浇口，这是设计中是一个最重要的步骤。高质量的成型零件受浇口的影响很大，因为它影响塑料流入型腔的浇道。因此，不同的浇口位置会引入不均匀的取向，密度，压力和温度分布，因而引入不同的值。 因此，浇口位置，是一个有用的设计变量，以尽量减少注塑零件翘曲。因为相关的浇口位置和翘曲分布，在相当大程度上独立于熔体和模具的温度。在这项调查中它是假定该成型条件保持不变。注射成型零件翘曲是量化特征翘曲，其中在上一节讨论了。 因此单一浇口位置优化，可以依如下制造 ：最小化：主题： 其中是特征翘曲变形；p是在浇口位

13、置的注入压力； 是注入成型机器的可允许注入压力或被设计者或制造业者指定的注入压力；x是坐标向量的候选浇口位置；是节点有限元网格模型的一局部，为注射成型过程模拟；N是节点总数。 在有限元网格模型中，每一个节点都有可能是一个浇口。因此，可能是浇口位置的总数 是一个有关的总节点数目N和总浇口数n的函数： 在这项研究中，只对单浇口问题进行调查。模拟退火算法 模拟退火算法是其中最强大和最流行的元启发式解决优化问题，因为提供良好的以实际条件全面化解决方法。该算法是基于Metropolis1953，这原本是用来在原子某一特定温度找到一个平衡点的方法。这一算法和数字最小化的联系是Pincus1970年第一个注

14、意到，但Kirkpatrick1983年等人提议，把它形成一项优化技术组合或其他。 运用模拟退火法优化，目标函数f是用来作为函数E的能源，而不是找到一个低的能源配置，问题就变成寻求近似最优解的问题。配置的值的设计变量替代能源配置本身，控制参数的过程是取代温度。随机数字发生器被用作设计变量产生新的值。这是显而易见的，该算法只需要将极小化问题列入考虑范围。因此，在最大化问题上，目标函数是乘以-1来取得一个可能的数。 模拟退火算法的主要优点是比其他方法更能够防止在局部极小被困。这种算法采用随机搜索，而不是只接受变化，即减少目标函数f ，而且还接受了一些变化来增加它。后者那么是计算一个概率P 。 其中

15、是f的增量， k是Boltzman常数， T是一个控制参数，其中原数分析是众所周知的恒温制度 ，并且无视客观功能参与。 在浇口位置优化，实施这一算法的说明图图3，此算法的详细情况如下：1、SA算法开始是从最初的浇口位置，同一个指定值的温度参数T 温度计数器K最初定为零。适当控制参数0 c 1给出退火过程与马尔可夫链N。2、算法在的旁边生成一个新的浇口位置来计算目标函数fx的值。3、新浇口位置由接受函数决定接受的概率： 统一的随机变量产生 0,1 ，如果，接受，否那么就会拒绝。 4、这个过程重复是的迭代次数 ，用这种序列审判浇口位置被称为马尔可夫链。 5、因为减少的温度，生成一个新的马尔可夫链，

16、在先前的马尔可夫链里，从最后接受的浇口位置生成，这一“温度减少的过程将一直持续直到酸算法结束。应用与探讨在一个复杂的工业产品中应用，在这一节讨论质量测量和优化方法。该局部是由一个制造商提供，如图4所示。在这一局部，平坦的基底外表上是最重要的轮廓精度要求。因此，翘曲变形特征在基底外表讨论，其中参考平台指定为水平面附于基底外表，纵方向指为预计参考方向。参数h是基底面对正常方向的最高偏转即垂直方向，参数L是基底外表的预测长度在纵向上的投影。 图4 制造商提供的工业产品 该产品的材料是尼龙Zytel 101L30EGP，杜邦工程聚合物。在模拟算法中的成型条件列在表1。 图5显示了有限元网格模型的一局部

17、，是受制于数值模拟。 它有1469个节点和2492元素。目标函数，即特征翘曲，由方程1，36定义。其中h是从流量+流道分析序列中式1里的MPI所得，L在该工业产品中的测量值即L = 20.50毫米。 MPI是注塑成型模拟使用最广泛的软件，它可以推荐在流动平衡前提下的最正确浇口位置。对于浇口位置设计，浇口位置分析是一个有效的工具，但除了实证方法。 对于这点浇口选址分析，MPI认为最正确浇口位置是接近点N7459 ，如图5所示。零件翘曲是模拟在推荐浇口根底上，因此，特征翘曲评定： ，这很有价值。 在实际制造中，零件翘曲在样品工件上是可见的。这是制造商不能接受的。 表1 在仿真中的成型条件 条件 值

18、 填补时间秒 熔融温度 295 模具温度 70 包装时间秒 10 包装压力充压 80 在基底外表的最大翘曲，是由不均匀取向分布的玻璃纤维造成的，如图6所示。图6显示的是玻璃纤维取向的变化，因为这个浇口位置，尤其是最大的纤维方向转变在这个浇口附近。浇口位置造成的多样化的纤维取向引起严重的差动收缩。因此，特征翘曲是和浇口的位置有关，必须优化，以减少局部翘曲。 图5：最正确浇口位置 在这里搜索讨论优化浇口位置，模拟退火，模拟退火算法，是适用于这个的。最高迭代次数选定为30至确保精密的优化，而且进行屡次的随机试验，让每一次迭代中被评为10至跌幅的概率为无效迭代，使之没有一个重复的方案。 N7379节点是最正确浇口位置。特征翘曲评定，从翘曲模拟结果函数fX= = 0.97 ，可以说是小于MPI建议的浇口。在实际制造中零件翘曲要符合制造商的要求。图6b 说明，模拟纤维取向是可见的最优浇口位置，它取决于玻璃纤维取向，因此，减少收缩差异在垂直方向沿纵向开展。因此，特征翘曲减少了。 结论 在这项调查中，特征翘曲是来描述注塑制品翘曲变形，在数值模拟软件MPI的根底上评定。特征翘曲的评定是为单一