【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 注塑成型工藝過程簡介 1 2 注塑成型工藝優(yōu)化國內(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軟件簡介 12 正交實驗助手介紹 12 14 17 17 18 19 22 Moldflow與正交表的數(shù)據(jù)結(jié)合分析 22 284. 模具設計 31 31 31 31 32 分型面的確定 33 澆注系統(tǒng)的設計 33 成型零部件的設計與計算 37 推出機構(gòu)設計 38 38 開模行程的校核 39 推出脫模機構(gòu)設計 40 41 排氣系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設計 435. 結(jié)論 44： 44： 44謝 辭 45參考文獻： 46桂林電子科技大學畢業(yè)設計(論文)報告專用紙 第47頁共46頁1. 緒論 引言隨著科學技術(shù)水平的不斷提高以及加工方法的改進，塑料這一20世紀才發(fā)展起來的新材料已經(jīng)在我們的日常生活中占據(jù)了重要的地位，成為國民經(jīng)濟中不可缺少的一部分。塑料成型技術(shù)是指把粉、粒料或液狀樹脂及添加劑等原料加工成具有一定使用價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)展的相當成熟，且應用非常普遍，注塑制品已占領塑料制品總量的30%以上，在國民經(jīng)濟的許多領域有著廣泛的應用。 注塑成型工藝過程簡介注塑成型加工過程是一個循環(huán)的周期過程，一般包括三個階段，即注射階段、保壓及壓實階段、固化及冷卻階段。注塑成型過程如圖11所示。圖11 注塑成型過程注塑成型加工過程從聚合物顆粒通過料斗進入螺桿開始。首先聚合物顆粒在轉(zhuǎn)動螺桿的輸送作用下不斷沿螺槽方向向前運動，同時轉(zhuǎn)動的螺桿把機械能轉(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，存料區(qū)中的熔體具有一定的壓力，當熔體壓力大于螺桿后退所要克服的阻力時，螺桿開始一邊轉(zhuǎn)動一邊向后移動。直到螺桿碰到行程開關(guān)為止。這一整個過程稱為塑化過程。此后有一螺桿的靜止階段，然后隨著螺桿向前運動，熔化的物料通過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。這一過程稱為注射過程。在注射過程中，塑料熔體軸向移動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，型腔內(nèi)的熔體開始固化。由于固化和冷卻的作用，制品會發(fā)生收縮，因此為了補充收縮必須在一定的壓力作用下，補充物料，這一過程稱為壓實一保壓過程。在這一階段，螺桿移動很慢，壓力可以進行變化控制。通過一些冷卻介質(zhì)(通常是冷卻水)的流通，熱量連續(xù)的從模具中通過模具內(nèi)的鉆孔散出，最終制件得到固化。這就是冷卻過程。在冷卻過程中，在螺桿內(nèi)同時發(fā)生了塑化過程。最后，通過一個排出裝置把制件從模具中分離出來(或用手動的方法)。這時，一個循環(huán)過程結(jié)束，一個新的循環(huán)過程又開始了。從注塑成型加工的周期過程中，可以看到，螺桿在塑化和注射時，均要發(fā)生軸向位移，同時螺桿又處于時轉(zhuǎn)時停的間歇式工作狀態(tài)，因此形成了螺桿塑化過程的非穩(wěn)定性。螺桿在不同階段的運動如圖12所示。圖12 往復式螺桿的動作順序A）注射、壓實及保壓階段：螺桿軸向向前移動；B）塑化階段：螺桿一邊轉(zhuǎn)動一邊后退；C）停留階段：螺桿處于靜止狀態(tài)注塑成型技術(shù)已經(jīng)是一項比較成熟的技術(shù)，但是隨著注塑制品在家電、汽車等高科技領域的應用，對制品的質(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格要求成為阻止塑料制品快速進入這些高尖領域的限制和束縛。注塑成型是一個多變量的過程，在注塑成型過程中，影響制品質(zhì)量的因素可以分為四類:機器參數(shù)、材料參數(shù)、工藝參數(shù)和擾動。其中機器參數(shù)同注塑成型機直接相關(guān)用以表征機器的機械特征，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、比熱和熱傳導率等等)。工藝參數(shù)反映了成型過程中材料的狀態(tài)，受機器參數(shù)、材料參數(shù)的影響，注塑成型過程中的典型工藝參數(shù)有:熔體溫度、熔體壓力及它們在型腔中的分布、熔體注射速率、模具內(nèi)的熱流分布等等。當然，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。機器參數(shù)、材料參數(shù)決定了工藝參數(shù)。對工藝參數(shù)的要求，直接影響到機器參數(shù)、材料參數(shù)的選取，從而確定出相應的注塑機和對應材料。由于復雜的動態(tài)工藝及材料特性，使得注塑技術(shù)難以預測及控制制件的質(zhì)量。因此，如何提高注塑制品質(zhì)量和性能成為該領域的重要研究課題。注塑成型是復雜的多變量、非線性且具有周期性的非穩(wěn)態(tài)過程。成型過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，因此如何實現(xiàn)機器設置參數(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，該技術(shù)的實現(xiàn)將會提高制品質(zhì)量。狀態(tài)變量為機器輸入和最終制品質(zhì)量屬性的中間變量，實現(xiàn)注塑成型的精確控制的最大困難在于機器輸入和狀態(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)控制主要針對單個變量，選用對整個成型周期或?qū)δ硞€階段影響最大的工藝參數(shù)，例如熔體溫度或型腔壓力，或者針對某個特定目標選擇單個工藝參數(shù)作為控制變量，而不考慮工藝參數(shù)之間的相互影響。注塑成型過程中各個工藝參數(shù)之間的影響程度相當大，控制單一變量很容易使對整個成型過程的控制失去平衡。研究者們逐漸將研究重點放在了多變量的控制方法上，同時選用對某個階段或整個成型周期影響較大的幾個參數(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，整個控制系統(tǒng)包括了三層控制。內(nèi)環(huán)提供對機器參數(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)控制一般由機器供應商提供。中間環(huán)包括對重要過程參數(shù)的閉環(huán)控制，由于注塑過程具有時變、非線性、模型結(jié)構(gòu)不確定等特性，因此給注塑過程控制帶來一定的困難，但通過引入自適應控制、預測控制和智能控制等控制方法，近年來的研究己基本解決了這方面的問題。外環(huán)則提供對注塑件的質(zhì)量控制，在該層次的控制中，通過上一周期制品質(zhì)量反饋，調(diào)節(jié)機器設置以便下個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)量的在線檢測存在很大的困難，因為判斷制品質(zhì)量(如檢查表面質(zhì)量和測量尺寸等)需要很長時間，而在線測量需要在短時間內(nèi)快速判斷制品質(zhì)量。其二注塑過程條件和質(zhì)量之間的關(guān)系復雜，沒有現(xiàn)成的工藝模型。 注塑成型工藝優(yōu)化國內(nèi)外研究概況近幾年，將優(yōu)化算法與數(shù)值模擬結(jié)合自動優(yōu)化模具設計的研究得到普遍重視。在工藝設置和調(diào)節(jié)方面，目前僅限于應用以E分析代替試模來反復驗證工藝設置是否合適，這種方法只能使工藝調(diào)節(jié)到無明顯制品缺陷的工藝條件，而很難達到最優(yōu)工藝設置。而且，對于大型復雜的制品，由于工藝模型及幾何模型的復雜性，CAE分析時間較長，限制了其在工藝優(yōu)化及控制方面的應用。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的注塑模CAE系統(tǒng)的有機組成部分，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡作為工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的核心技術(shù)，通過建立壓力溫度網(wǎng)絡模型，成功地模擬了注塑成型過程中對成型質(zhì)量有重要影響的關(guān)鍵參數(shù)，設計合理的優(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鄭州大學國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，對注塑成型過程進行閉環(huán)控制，利用在線測量值與當前工藝參數(shù)最優(yōu)值之間的偏差進行調(diào)節(jié)以保持各個工藝參數(shù)值的相對穩(wěn)定，同時，計算機還根據(jù)在線測量值對當前工藝參數(shù)最優(yōu)值進行適當調(diào)整，使靜態(tài)工藝參數(shù)最優(yōu)值變?yōu)閯討B(tài)工藝參數(shù)最優(yōu)值，實現(xiàn)了真正意義上的工藝參數(shù)最優(yōu)值。，等應用ANN技術(shù)建立工藝參數(shù)和制品質(zhì)量指標之間的神經(jīng)網(wǎng)絡關(guān)系模型，并采用自適應優(yōu)化算法優(yōu)化工藝參數(shù)。近年來，研究者們采用多種方法對工藝優(yōu)化進行了研究。由于實際實驗中，制品質(zhì)量指標與工藝參數(shù)之間的關(guān)系復雜，難以給出確定的表達式，實驗設計法成為研究工藝參數(shù)對制品質(zhì)量指標的影響、優(yōu)化工藝的主要方法之一。Liullsl采用正交實驗設計法，對熔接線的強度進行了研究。Malguarneral’“考察了熔體溫度、模具溫度、注射速率、注射壓力對一般商用PS、耐沖擊PS，即等熱塑性塑料熔接線拉伸強度的影響，認為對于玻璃化聚合物和表現(xiàn)出屈服的無定型聚合物，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度，提高注射速度也可以改善熔接線的屈服強度，但影響程度要比熔體溫度和模具溫度小得多，而冷卻速率對熔接線性能影響不大。selden對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行了彎曲、拉伸和沖擊測試，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呈強烈的各向異性，沿流動方向上的強度是橫向強度的2530倍，AP的橫向強度甚至低于熔接縫的強度，ABS和POP的各向異性程度稍低，而PP幾乎呈各向同性。一些研究者認為增加溫度會增加熔接線強度，而有些研究者則得出了相反的結(jié)論。Hashmei0zl研究發(fā)現(xiàn)，SMA熔接線的強度隨溫度的升高呈線性降低趨勢。worden，wenig發(fā)現(xiàn)熔接線強度開始時隨溫度升高而增強，進一步升溫則會下降。Tiotmanli和Piccar發(fā)現(xiàn)熔接線強度對注射時間(注射速度、注射體積流率、注射壓力)都非常敏感，會隨著注射時間的縮短而增強。Liu瀏等采用Taguchi方法對Ps材料進行了實驗，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)對熔接線強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度與工藝條件的定量關(guān)系是目前該領域國內(nèi)外的研究仍面臨的問題。目前國內(nèi)外眾多研究者開展了對收縮及翹曲的研究。，、工藝條件考慮了模具溫度、熔體溫度、保壓時間、注射速度和保壓壓力以及模具溫度與保壓時間、熔體溫度與保壓時間的交互作用，并應用CMODL進行數(shù)值模擬與實驗結(jié)果進行對比，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡建立關(guān)系模型。，研究了工藝參數(shù)對制品收縮的影響，并獲得優(yōu)化的工藝參數(shù)。MingchliiHuna等12刀應用Taugchi實驗設計方法，通過CMOLD數(shù)值模擬代替實際實驗，分析了工藝參數(shù)對薄壁件翹曲的影響。結(jié)果得出保壓壓力對制品翹曲影響最大，其次是模具溫度、熔體溫度和保壓時間。然而，澆口尺寸和注射時間對薄壁件翹曲影響不大。此外，應用Taughci方法優(yōu)化了工藝條件，降低了制件翹曲。實驗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間的交互作用。其中，%，是不能忽略不計的。Ta。.。發(fā)現(xiàn)結(jié)晶型材料HDPE比無定型材料GPS和ABS收縮率高，對于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。對這三種材料，模具溫度、熔體溫度、保壓壓力及保壓時間對收縮的影響較大。等實驗研究了保壓參數(shù)(保壓壓力和時間)、澆口厚度和模具的彈性對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)的變化對注塑件收縮的影響作了系統(tǒng)研究。作用對一個薄壁電話外殼收縮、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器對于收縮與翹曲的影響不同，其優(yōu)化的工藝條件并不相同。，并進行工藝優(yōu)化。在此基礎上B..HMni通過在線測量重量對制品質(zhì)量進行在線監(jiān)控。由于沉降斑測量存在一定的困難，目前對于這方面的研究較少。ShihjungLui等基于一個帶筋板的制品研究了筋板尺寸、方向、澆口尺寸、保壓壓力、時間及熔體和模具溫度等參數(shù)對制品沉降斑深度的影響。之后又研究了沉降斑的最小化問題，并應用ANSYS對沉降斑的形成進行了模擬，用來預測優(yōu)化制品表面沉降斑的深度。HuaYe等基于軟件CMold結(jié)合遺傳算法對沉降斑最小化進行了研究。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，應用CAE技術(shù)預測制品中的沉降斑，結(jié)合以E技術(shù)與Taugchi實驗設計技術(shù)研究工藝參數(shù)對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源于工藝動力學的復雜性和在溫度、壓力波動下材料行為的不可預測性，還來源于對制品質(zhì)量與影響因素之間的關(guān)系缺乏了解。研究工藝參數(shù)對制品質(zhì)量的影響關(guān)系，確定工藝變量對制品質(zhì)量指標的影響度，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)系并應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建立關(guān)系模型?；谝陨险撌?，本文基于析因分析及正交設計實驗方法研究工藝參數(shù)對制品質(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制品質(zhì)量的影響，建立質(zhì)量指標與工藝參數(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