【正文】 基于DOE法的注塑成型工藝仿真優(yōu)化畢業(yè)論文目錄 引言 1 注塑成型工藝過(guò)程簡(jiǎn)介 1 2 注塑成型工藝優(yōu)化國(guó)內(nèi)外研究概況 4 62. 注塑成型工藝參數(shù)影響性分析 8 壓力參數(shù)分析 8 8 8 塑化壓力（背壓） 8 溫度參數(shù)分析 9 9 9 9 9 10 103. 基于DOE法的注塑成型仿真優(yōu)化 11 12 moldflow軟件簡(jiǎn)介 12 正交實(shí)驗(yàn)助手介紹 12 14 17 17 18 19 22 Moldflow與正交表的數(shù)據(jù)結(jié)合分析 22 284. 模具設(shè)計(jì) 31 31 31 31 32 分型面的確定 33 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 33 成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 37 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 38 開(kāi)模行程的校核 39 推出脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 40 41 排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 435. 結(jié)論 44： 44： 44謝 辭 45參考文獻(xiàn)： 46桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告專用紙 第47頁(yè)共46頁(yè)1. 緒論 引言隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及加工方法的改進(jìn)，塑料這一20世紀(jì)才發(fā)展起來(lái)的新材料已經(jīng)在我們的日常生活中占據(jù)了重要的地位，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的一部分。塑料成型技術(shù)是指把粉、粒料或液狀樹(shù)脂及添加劑等原料加工成具有一定使用價(jià)值的制品的一種技術(shù)。塑料制品性能的優(yōu)劣及規(guī)格多少與成型技術(shù)密不可分。注射成型又稱注射模塑或注塑，是塑料加工中重要的成型方法之一，其技術(shù)已發(fā)展的相當(dāng)成熟，且應(yīng)用非常普遍，注塑制品已占領(lǐng)塑料制品總量的30%以上，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 注塑成型工藝過(guò)程簡(jiǎn)介注塑成型加工過(guò)程是一個(gè)循環(huán)的周期過(guò)程，一般包括三個(gè)階段，即注射階段、保壓及壓實(shí)階段、固化及冷卻階段。注塑成型過(guò)程如圖11所示。圖11 注塑成型過(guò)程注塑成型加工過(guò)程從聚合物顆粒通過(guò)料斗進(jìn)入螺桿開(kāi)始。首先聚合物顆粒在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的輸送作用下不斷沿螺槽方向向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，使聚合物顆粒得到軟化和熔解。聚合物材料在螺桿剪切熱與料筒外部熱源的作用下很快塑化并熔融，轉(zhuǎn)變成粘流體并存貯在料筒前端的區(qū)域(即存料區(qū))。與此同時(shí)，存料區(qū)中的熔體具有一定的壓力，當(dāng)熔體壓力大于螺桿后退所要克服的阻力時(shí)，螺桿開(kāi)始一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊向后移動(dòng)。直到螺桿碰到行程開(kāi)關(guān)為止。這一整個(gè)過(guò)程稱為塑化過(guò)程。此后有一螺桿的靜止階段，然后隨著螺桿向前運(yùn)動(dòng)，熔化的物料通過(guò)噴嘴一模具澆道一成型模腔系統(tǒng)的通道，將螺桿頭部的塑料熔體注入模具型腔中。這一過(guò)程稱為注射過(guò)程。在注射過(guò)程中，塑料熔體軸向移動(dòng)是由螺桿注射速度控制的。注射一結(jié)束，由于熔體和模具的熱傳導(dǎo)，型腔內(nèi)的熔體開(kāi)始固化。由于固化和冷卻的作用，制品會(huì)發(fā)生收縮，因此為了補(bǔ)充收縮必須在一定的壓力作用下，補(bǔ)充物料，這一過(guò)程稱為壓實(shí)一保壓過(guò)程。在這一階段，螺桿移動(dòng)很慢，壓力可以進(jìn)行變化控制。通過(guò)一些冷卻介質(zhì)(通常是冷卻水)的流通，熱量連續(xù)的從模具中通過(guò)模具內(nèi)的鉆孔散出，最終制件得到固化。這就是冷卻過(guò)程。在冷卻過(guò)程中，在螺桿內(nèi)同時(shí)發(fā)生了塑化過(guò)程。最后，通過(guò)一個(gè)排出裝置把制件從模具中分離出來(lái)(或用手動(dòng)的方法)。這時(shí)，一個(gè)循環(huán)過(guò)程結(jié)束，一個(gè)新的循環(huán)過(guò)程又開(kāi)始了。從注塑成型加工的周期過(guò)程中，可以看到，螺桿在塑化和注射時(shí)，均要發(fā)生軸向位移，同時(shí)螺桿又處于時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過(guò)程的非穩(wěn)定性。螺桿在不同階段的運(yùn)動(dòng)如圖12所示。圖12 往復(fù)式螺桿的動(dòng)作順序A）注射、壓實(shí)及保壓階段：螺桿軸向向前移動(dòng)；B）塑化階段：螺桿一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊后退；C）停留階段：螺桿處于靜止?fàn)顟B(tài)注塑成型技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，但是隨著注塑制品在家電、汽車(chē)等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)制品的質(zhì)量、性能及產(chǎn)品更新?lián)Q代提出了更高的要求。高質(zhì)量高精度高靈敏度的嚴(yán)格要求成為阻止塑料制品快速進(jìn)入這些高尖領(lǐng)域的限制和束縛。注塑成型是一個(gè)多變量的過(guò)程，在注塑成型過(guò)程中，影響制品質(zhì)量的因素可以分為四類:機(jī)器參數(shù)、材料參數(shù)、工藝參數(shù)和擾動(dòng)。其中機(jī)器參數(shù)同注塑成型機(jī)直接相關(guān)用以表征機(jī)器的機(jī)械特征，它包括:料筒溫度、噴嘴溫度、液壓系統(tǒng)背壓、螺桿旋轉(zhuǎn)速度、模具溫度及注塑機(jī)和模具的幾何特征等。材料參數(shù)為注塑材料的一些典型特征，一般由材料供應(yīng)商提供，包括材料的流變性能、熱物理性能(包括密度、分子組成、分子量、比熱和熱傳導(dǎo)率等等)。工藝參數(shù)反映了成型過(guò)程中材料的狀態(tài)，受機(jī)器參數(shù)、材料參數(shù)的影響，注塑成型過(guò)程中的典型工藝參數(shù)有:熔體溫度、熔體壓力及它們?cè)谛颓恢械姆植肌⑷垠w注射速率、模具內(nèi)的熱流分布等等。當(dāng)然，這些參數(shù)雖然被劃分在不同的范圍內(nèi)，但是相互之間有著密切關(guān)系，互相產(chǎn)生影響。機(jī)器參數(shù)、材料參數(shù)決定了工藝參數(shù)。對(duì)工藝參數(shù)的要求，直接影響到機(jī)器參數(shù)、材料參數(shù)的選取，從而確定出相應(yīng)的注塑機(jī)和對(duì)應(yīng)材料。由于復(fù)雜的動(dòng)態(tài)工藝及材料特性，使得注塑技術(shù)難以預(yù)測(cè)及控制制件的質(zhì)量。因此，如何提高注塑制品質(zhì)量和性能成為該領(lǐng)域的重要研究課題。注塑成型是復(fù)雜的多變量、非線性且具有周期性的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。成型過(guò)程中聚合物在型腔中的狀態(tài)如壓力、溫度、形態(tài)等直接決定了制品的質(zhì)量，因此如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)置參數(shù)和熔體狀態(tài)參數(shù)之間的閉環(huán)控制成為注塑成型技術(shù)的研究熱點(diǎn)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)將會(huì)提高制品質(zhì)量。狀態(tài)變量為機(jī)器輸入和最終制品質(zhì)量屬性的中間變量，實(shí)現(xiàn)注塑成型的精確控制的最大困難在于機(jī)器輸入和狀態(tài)變量之間的關(guān)系模型與狀態(tài)變量和制品質(zhì)量屬性之間的關(guān)系模型未知。溫度和壓力為兩個(gè)主要狀態(tài)變量，目前的狀態(tài)變量監(jiān)控研究主要集中在溫度和壓力的監(jiān)控上，也有關(guān)于熔體豁度的監(jiān)控。初期的狀態(tài)控制主要針對(duì)單個(gè)變量，選用對(duì)整個(gè)成型周期或?qū)δ硞€(gè)階段影響最大的工藝參數(shù)，例如熔體溫度或型腔壓力，或者針對(duì)某個(gè)特定目標(biāo)選擇單個(gè)工藝參數(shù)作為控制變量，而不考慮工藝參數(shù)之間的相互影響。注塑成型過(guò)程中各個(gè)工藝參數(shù)之間的影響程度相當(dāng)大，控制單一變量很容易使對(duì)整個(gè)成型過(guò)程的控制失去平衡。研究者們逐漸將研究重點(diǎn)放在了多變量的控制方法上，同時(shí)選用對(duì)某個(gè)階段或整個(gè)成型周期影響較大的幾個(gè)參數(shù)，并盡可能的考慮到所選控制變量之間的相互影響。注塑成型控制總體結(jié)構(gòu)如圖13，整個(gè)控制系統(tǒng)包括了三層控制。內(nèi)環(huán)提供對(duì)機(jī)器參數(shù)的控制，如料筒溫度、背壓、螺桿轉(zhuǎn)速、模具溫度等，內(nèi)環(huán)控制一般由機(jī)器供應(yīng)商提供。中間環(huán)包括對(duì)重要過(guò)程參數(shù)的閉環(huán)控制，由于注塑過(guò)程具有時(shí)變、非線性、模型結(jié)構(gòu)不確定等特性，因此給注塑過(guò)程控制帶來(lái)一定的困難，但通過(guò)引入自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制和智能控制等控制方法，近年來(lái)的研究己基本解決了這方面的問(wèn)題。外環(huán)則提供對(duì)注塑件的質(zhì)量控制，在該層次的控制中，通過(guò)上一周期制品質(zhì)量反饋，調(diào)節(jié)機(jī)器設(shè)置以便下個(gè)成型周期獲得更好的制品質(zhì)量。圖13 注塑成型控制系統(tǒng)總圖質(zhì)量控制的主要困難有兩方面，其一質(zhì)量的在線檢測(cè)存在很大的困難，因?yàn)榕袛嘀破焚|(zhì)量(如檢查表面質(zhì)量和測(cè)量尺寸等)需要很長(zhǎng)時(shí)間，而在線測(cè)量需要在短時(shí)間內(nèi)快速判斷制品質(zhì)量。其二注塑過(guò)程條件和質(zhì)量之間的關(guān)系復(fù)雜，沒(méi)有現(xiàn)成的工藝模型。 注塑成型工藝優(yōu)化國(guó)內(nèi)外研究概況近幾年，將優(yōu)化算法與數(shù)值模擬結(jié)合自動(dòng)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的研究得到普遍重視。在工藝設(shè)置和調(diào)節(jié)方面，目前僅限于應(yīng)用以E分析代替試模來(lái)反復(fù)驗(yàn)證工藝設(shè)置是否合適，這種方法只能使工藝調(diào)節(jié)到無(wú)明顯制品缺陷的工藝條件，而很難達(dá)到最優(yōu)工藝設(shè)置。而且，對(duì)于大型復(fù)雜的制品，由于工藝模型及幾何模型的復(fù)雜性，CAE分析時(shí)間較長(zhǎng)，限制了其在工藝優(yōu)化及控制方面的應(yīng)用。Huaye基于商業(yè)化CAE軟件CMOLD，分別采用模擬退火法和遺傳算法實(shí)現(xiàn)了注塑成型工藝優(yōu)化，使制品質(zhì)量得到極大的改善。2001年王德翔等研究了作為基于知識(shí)的注塑模CAE系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過(guò)建立壓力溫度網(wǎng)絡(luò)模型，成功地模擬了注塑成型過(guò)程中對(duì)成型質(zhì)量有重要影響的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)合理的優(yōu)化策略，快速有效地將最優(yōu)的工藝參數(shù)提供給用戶。2002鄭州大學(xué)國(guó)家橡塑模具中心王利霞基于數(shù)值模擬技術(shù)，研究了注塑工藝優(yōu)化及制品制品質(zhì)量閉環(huán)控制的理論方法。在利用工藝模型靜態(tài)確定了工藝參數(shù)最優(yōu)值之后，對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)控制，利用在線測(cè)量值與當(dāng)前工藝參數(shù)最優(yōu)值之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)以保持各個(gè)工藝參數(shù)值的相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)，計(jì)算機(jī)還根據(jù)在線測(cè)量值對(duì)當(dāng)前工藝參數(shù)最優(yōu)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使靜態(tài)工藝參數(shù)最優(yōu)值變?yōu)閯?dòng)態(tài)工藝參數(shù)最優(yōu)值，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的工藝參數(shù)最優(yōu)值。，等應(yīng)用ANN技術(shù)建立工藝參數(shù)和制品質(zhì)量指標(biāo)之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系模型，并采用自適應(yīng)優(yōu)化算法優(yōu)化工藝參數(shù)。近年來(lái)，研究者們采用多種方法對(duì)工藝優(yōu)化進(jìn)行了研究。由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，制品質(zhì)量指標(biāo)與工藝參數(shù)之間的關(guān)系復(fù)雜，難以給出確定的表達(dá)式，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法成為研究工藝參數(shù)對(duì)制品質(zhì)量指標(biāo)的影響、優(yōu)化工藝的主要方法之一。Liullsl采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，對(duì)熔接線的強(qiáng)度進(jìn)行了研究。Malguarneral’“考察了熔體溫度、模具溫度、注射速率、注射壓力對(duì)一般商用PS、耐沖擊PS，即等熱塑性塑料熔接線拉伸強(qiáng)度的影響，認(rèn)為對(duì)于玻璃化聚合物和表現(xiàn)出屈服的無(wú)定型聚合物，熔體溫度和模具溫度是影響熔接線拉伸屈服強(qiáng)度的主要因素，而注射速率和注射壓力影響不大。同年，Malguarneral’7]又觀察了4種即樹(shù)脂熔接區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)提高熔體溫度和模具溫度可以改善熔接線屈服強(qiáng)度，提高注射速度也可以改善熔接線的屈服強(qiáng)度，但影響程度要比熔體溫度和模具溫度小得多，而冷卻速率對(duì)熔接線性能影響不大。selden對(duì)PA6(3%5玻纖)、即s(4%0玻纖)、PP(40%滑石粉)、PPO和ABS等五種材料在不同的保壓壓力、注射速度、熔體溫度和模具溫度下的進(jìn)行了彎曲、拉伸和沖擊測(cè)試，發(fā)現(xiàn)相同加工條件下，五種材料的各向異性程度各不相同，PPS和PA6呈強(qiáng)烈的各向異性，沿流動(dòng)方向上的強(qiáng)度是橫向強(qiáng)度的2530倍，AP的橫向強(qiáng)度甚至低于熔接縫的強(qiáng)度，ABS和POP的各向異性程度稍低，而PP幾乎呈各向同性。一些研究者認(rèn)為增加溫度會(huì)增加熔接線強(qiáng)度，而有些研究者則得出了相反的結(jié)論。Hashmei0zl研究發(fā)現(xiàn)，SMA熔接線的強(qiáng)度隨溫度的升高呈線性降低趨勢(shì)。worden，wenig發(fā)現(xiàn)熔接線強(qiáng)度開(kāi)始時(shí)隨溫度升高而增強(qiáng)，進(jìn)一步升溫則會(huì)下降。Tiotmanli和Piccar發(fā)現(xiàn)熔接線強(qiáng)度對(duì)注射時(shí)間(注射速度、注射體積流率、注射壓力)都非常敏感，會(huì)隨著注射時(shí)間的縮短而增強(qiáng)。Liu瀏等采用Taguchi方法對(duì)Ps材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，關(guān)注的工藝參數(shù)包括嵌件尺寸、注塑壓力、熔體溫度、保壓壓力、模具溫度和注射速度，發(fā)現(xiàn)對(duì)熔接線強(qiáng)度影響最劇烈的因素是熔體溫度，%6，其次為模具溫度和保壓壓力，分別占到17. 7%%，而嵌件幾何尺寸、注射壓力以及注射速度的影響很小。如何建立起熔接線強(qiáng)度與工藝條件的定量關(guān)系是目前該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究仍面臨的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外眾多研究者開(kāi)展了對(duì)收縮及翹曲的研究。，、工藝條件考慮了模具溫度、熔體溫度、保壓時(shí)間、注射速度和保壓壓力以及模具溫度與保壓時(shí)間、熔體溫度與保壓時(shí)間的交互作用，并應(yīng)用CMODL進(jìn)行數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立關(guān)系模型。，研究了工藝參數(shù)對(duì)制品收縮的影響，并獲得優(yōu)化的工藝參數(shù)。MingchliiHuna等12刀應(yīng)用Taugchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)CMOLD數(shù)值模擬代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)，分析了工藝參數(shù)對(duì)薄壁件翹曲的影響。結(jié)果得出保壓壓力對(duì)制品翹曲影響最大，其次是模具溫度、熔體溫度和保壓時(shí)間。然而，澆口尺寸和注射時(shí)間對(duì)薄壁件翹曲影響不大。此外，應(yīng)用Taughci方法優(yōu)化了工藝條件，降低了制件翹曲。實(shí)驗(yàn)中考慮了模具溫度和熔體溫度的交互作用以及熔體溫度和注射時(shí)間的交互作用。其中，%，是不能忽略不計(jì)的。Ta。.。發(fā)現(xiàn)結(jié)晶型材料HDPE比無(wú)定型材料GPS和ABS收縮率高，對(duì)于HDPE，垂直流向收縮率比平行流向收縮率大，而GPS和ABS則剛好相反。對(duì)這三種材料，模具溫度、熔體溫度、保壓壓力及保壓時(shí)間對(duì)收縮的影響較大。等實(shí)驗(yàn)研究了保壓參數(shù)(保壓壓力和時(shí)間)、澆口厚度和模具的彈性對(duì)注塑件最終尺寸的影響。(PC、PS、ABS和HIPS)和3種半結(jié)晶材料(PBT、PBT+30%GF和HDPE)，就加工參數(shù)的變化對(duì)注塑件收縮的影響作了系統(tǒng)研究。作用對(duì)一個(gè)薄壁電話外殼收縮、翹曲的影響及工藝優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)保壓壓力是影響收縮和翹曲的最重要參數(shù)。由于注塑工藝條件及機(jī)器對(duì)于收縮與翹曲的影響不同，其優(yōu)化的工藝條件并不相同。，并進(jìn)行工藝優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上B..HMni通過(guò)在線測(cè)量重量對(duì)制品質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)控。由于沉降斑測(cè)量存在一定的困難，目前對(duì)于這方面的研究較少。ShihjungLui等基于一個(gè)帶筋板的制品研究了筋板尺寸、方向、澆口尺寸、保壓壓力、時(shí)間及熔體和模具溫度等參數(shù)對(duì)制品沉降斑深度的影響。之后又研究了沉降斑的最小化問(wèn)題，并應(yīng)用ANSYS對(duì)沉降斑的形成進(jìn)行了模擬，用來(lái)預(yù)測(cè)優(yōu)化制品表面沉降斑的深度。HuaYe等基于軟件CMold結(jié)合遺傳算法對(duì)沉降斑最小化進(jìn)行了研究。ott。v注注t毓nen等研究了材料、模溫、熔體溫度、保壓壓力及注射速率對(duì)帶筋板平板沉降斑的影響。王利霞等以沉降指數(shù)表征沉降斑，應(yīng)用CAE技術(shù)預(yù)測(cè)制品中的沉降斑，結(jié)合以E技術(shù)與Taugchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)研究工藝參數(shù)對(duì)制品中沉降斑深度的影響并優(yōu)化工藝參數(shù)。在注塑成型制品質(zhì)量控制方面存在困難不僅來(lái)源于工藝動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性和在溫度、壓力波動(dòng)下材料行為的不可預(yù)測(cè)性，還來(lái)源于對(duì)制品質(zhì)量與影響因素之間的關(guān)系缺乏了解。研究工藝參數(shù)對(duì)制品質(zhì)量的影響關(guān)系，確定工藝變量對(duì)制品質(zhì)量指標(biāo)的影響度，是選取控制變量、抽取工藝特性數(shù)據(jù)及制品質(zhì)量特性數(shù)據(jù)、建立工藝參數(shù)與制品質(zhì)量之間的關(guān)系模型的前提。本論文將側(cè)重研究注塑工藝參數(shù)和質(zhì)量間的關(guān)系并應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立關(guān)系模型?；谝陨险撌?，本文基于析因分析及正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法研究工藝參數(shù)對(duì)制品質(zhì)量的交互影響、篩選重要交互作用，并研究了工藝參數(shù)及其主要交互作用對(duì)制品質(zhì)量的影響，建立質(zhì)量指標(biāo)與工藝參數(shù)關(guān)系模型。主要工作內(nèi)容如下：。注塑制品的質(zhì)量受多種因素的影響