一種塑料注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化方法
【專利摘要】一種塑料注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化方法，屬于工藝參數(shù)優(yōu)化方法，解決現(xiàn)有塑料注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化方法存在的與實際偏差較大、難以準確調(diào)整、工藝參數(shù)設置過程繁瑣的問題。本發(fā)明包括初步優(yōu)化步驟和再次優(yōu)化步驟，初步優(yōu)化步驟可以快速確立工藝參數(shù)的主次因素與因素的優(yōu)水平，獲得工藝參數(shù)的可成型性，所得到的工藝參數(shù)做為再次優(yōu)化步驟尋優(yōu)過程的初始工藝參數(shù)，大大降低了在注塑機上開展的試模次數(shù)；再次優(yōu)化步驟采用學習算法在線優(yōu)化，可以加速尋優(yōu)的迭代過程，并保證迭代過程的收斂，通過幾次試模，就可以獲得最優(yōu)的注射成型工藝參數(shù)。
【專利說明】一種塑料注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工藝參數(shù)優(yōu)化方法，特別涉及一種塑料注射成型工藝參數(shù)優(yōu)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，而后由柱塞或螺桿推擠到閉合模具的模腔中冷卻固化成型，獲得塑料制品。塑料注射成型的設備是注塑機。
[0003]在塑料注射成型生產(chǎn)過程中，影響塑料制品質(zhì)量的因素多而復雜，包括原材料、注塑機、模具和成型工藝，但是在原材料、注塑機、模具等確定之后，決定塑料制品質(zhì)量的最主要因素是成型工藝。成型工藝參數(shù)也成為控制注塑制品質(zhì)量最快捷、成本最低的因素。因此調(diào)節(jié)和優(yōu)化注塑成型工藝參數(shù)，對于獲得具有穩(wěn)定高質(zhì)量的注塑制品意義重大。
[0004]注塑機工藝參數(shù)設置與優(yōu)化方法主要靠試模，傳統(tǒng)的試模采用嘗試法，即根據(jù)經(jīng)驗不斷進行參數(shù)嘗試，它嚴重依賴于人的經(jīng)驗與水平、復雜工藝控制能力差，導致生產(chǎn)效率低、成品率低、重復精度差、質(zhì)量難以保證。現(xiàn)有注塑機工藝參數(shù)優(yōu)化方法有:
[0005](I)根據(jù)高分子流變學等理論提出的有限元、邊界元等數(shù)值模擬軟件，如華中科技大學研發(fā)的塑料注射成型模擬軟件HSCAE，以及Autodesk公司的HSCAE軟件等，雖然可以獲得推薦和優(yōu)化的工藝參數(shù)，但是存在計算效率低、生產(chǎn)實踐中材料、制品、模具信息殘缺等問題，并且優(yōu)化獲得的工藝參數(shù)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(shù)，但是該方法只能限定在已定的水平上，而不是一定試驗范圍內(nèi)的最優(yōu)方案，在實際的注射成型生產(chǎn)過程中操作過程繁瑣。
[0007](3)專家系統(tǒng)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡、實例推理、規(guī)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(jīng)網(wǎng)絡的性能。
[0008]此外，上述方法均為離線獲得工藝參數(shù)，主要缺陷是工藝參數(shù)的設置與優(yōu)化不是在試?，F(xiàn)場同步進行，不能有效考慮室溫、冷卻水溫等外部環(huán)境、液壓油泵油溫、機器損耗、傳動機構疲勞等機器差異等產(chǎn)生的工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量之間的呈現(xiàn)的時變性關系問題。離線獲得的工藝參數(shù)與實際偏差較大，難以準確調(diào)整，工藝參數(shù)設置過程也繁瑣。
[0009]為了理解本發(fā)明，以下對有關概念加以解釋:
[0010]制品流長:是指從澆口到制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(tǒng)的總重量。
[0013]制品總重量:一個模具中制品的總重量，為單個制品重量乘以一個模具中制品的數(shù)量。
[0014]投影面積:沿著開合模的方向，制品和流道所占的面積。
[0015]水路數(shù)量:模具冷卻水路的條數(shù)。
[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(wěn)態(tài)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、制件不滿、走膠不齊等，是指型腔未完全充滿，使得制件不飽滿，外形殘缺不完整。
[0019]氣泡:制品內(nèi)部形成體積較小或成串孔隙的現(xiàn)象。
[0020]縮水:又稱縮痕、收縮等，是指制品表面不平整，向內(nèi)產(chǎn)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。熔合紋不僅影響制品的外觀形象，而且影響制品的力學性倉泛。
[0022]波流痕:塑件表面產(chǎn)生以澆口為中心的年輪狀、螺旋狀或云霧狀的波形凹凸不平的現(xiàn)象。
[0023]飛邊:又稱溢料、溢邊、毛邊、批鋒等，是指在模具的不連續(xù)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:是指制品產(chǎn)生旋轉或扭曲現(xiàn)象，平坦的地方有起伏，直邊朝里或朝外彎曲或扭曲。
[0025]燒焦:又稱糊斑、黑斑、黑紋等，是指在制品表面出現(xiàn)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(xiàn)象，即出現(xiàn)霜狀微細裂紋。
[0027]WLF-Cross模型七參數(shù)=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(shù)優(yōu)化方法，包括初步優(yōu)化步驟和再次優(yōu)化步驟，其特征在于: (I)初步優(yōu)化步驟，包括下述子步驟: (1.1)確定工藝參數(shù)及其取值范圍: 所述工藝參數(shù)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取值范圍與制品材料類型相對應，從塑料數(shù)據(jù)庫中確定；所述制品材料類型以塑料類別、牌號、生產(chǎn)廠家表示； 注射速率V、保壓壓力P、保壓時間tp、冷卻時間t。的取值范圍，根據(jù)制品材料類型和模具特征，從實例數(shù)據(jù)庫中通過相似度查詢獲得； 所述模具特征包括制品流長、制品最大壁厚、制品重量、澆口數(shù)量、流道長度、流道重量、投影面積、水路數(shù)量、單位流量； 所述塑料數(shù)據(jù)庫包括若干條記錄，每條記錄包括塑料類別、牌號、生產(chǎn)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(tài)密度、比熱容、頂出溫度、熱傳導系數(shù)、推薦背壓、推薦螺桿線速率以及WLF-Cross模型七參數(shù)，各條記錄來源于塑料生產(chǎn)廠家提供的塑料物性表或者塑料注射成型CAE仿真軟件的塑料數(shù)據(jù)庫； 所述實例數(shù)據(jù)庫包括若干條記錄，每條記錄包含模具特征、制品材料類型以及相應的V、P、tp、t。的取值范圍，各條記錄來源于塑料注射成型CAE仿真軟件的工藝窗口模塊的分析案例或者注塑成型生產(chǎn)廠家實際生產(chǎn)過程中的成功案例； (1.2)正交試驗設計: 以待優(yōu)化的6個工藝參數(shù)Tp、Tm、V、P、tp、t。為因素，將每個工藝參數(shù)的取值范圍分為5水平，采用6因素、5水平的正交試驗表L25 (56)，確定用于模擬計算的25組工藝參數(shù)組合，其中:L為正交表的符號，25為正交表的行數(shù)、表示試驗次數(shù)，5為正交表中的因素的水平數(shù)，6為正交表的列數(shù)、表示實驗因素的個數(shù)； (1.3)模擬計算獲得成型質(zhì)量值，包括下述過程: (1.3.1)判斷制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(wǎng)格剖分；否則根據(jù)制品的體積、制品的平均壁厚、制品流長、澆口數(shù)量、流道長度，構造制品的代理幾何模型，對代理幾何模型進行網(wǎng)格剖分；所述制品的幾何圖形文件由用戶自己設計或者模具制造廠家提供； (1.3.2)查詢塑料注射成型CAE仿真軟件的注塑機數(shù)據(jù)庫中是否存在注塑成型生產(chǎn)廠家實際生產(chǎn)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仿真軟件的注塑機數(shù)據(jù)庫中添加注塑成型生產(chǎn)廠家實際生產(chǎn)中所使用的注塑機，再將其作為模擬計算所用的注塑機； 所述注塑機數(shù)據(jù)庫包括若干條記錄，每條記錄包括注塑機型號、生產(chǎn)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、螺桿直徑、最大螺桿轉速，各條記錄來源于注塑機生產(chǎn)廠家提供的機器參數(shù)； (1.3.3)根據(jù)所確定的各組工藝參數(shù)組合確定邊界條件，采用有限元方法、有限體積方法或有限差分方法求解制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(shù)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?= ? 制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(shù)優(yōu)化方法，其特征在于: 所述子步驟(2.2)的過程(2.2.1)中，所述擬定的調(diào)整規(guī)則是指根據(jù)制品缺陷對各工藝參數(shù)進行調(diào)整的規(guī)則: A.對于+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(shù)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.對于-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(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張云, 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