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1、30优化设计专题论文《机械设计》2000年10月№10文章编号:100122354(2000)1020030203X优化方法在注塑成型数值模拟中的应用李海梅,申长雨,王亚明(郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心,河南郑州 450002) 摘要:注塑成型数值模拟技术,可通过计算机对设计方案进行分析计算,在模具制造之前,预测设计中存在的问题,为模具设计与注塑成型工艺优化提供定量依据。针对注塑成型数值模拟技术智能化、自动化的发展趋势,在此给出了注塑模冷却系统、塑件厚度尺寸、浇口位置、一模多腔的浇道布置及注塑成型鲁棒(稳健性)设计的优化模型,说明了优化方法在注塑成型数值
2、模拟中的应用情况。关键词:优化方法;注塑成型;数值模拟 中图分类号:TH123 文献标识码:A动过程的影响,便于优化冷却系统的设计参数、物理参1 引 言数;翘曲分析用于预测注塑件的成型尺寸;结构应力分析用于预测给定工艺条件下,已成型的注塑件在外加 在现代设计理论中,工程设计的费用往往只占最荷载和温度下的使用性能。终产品成本的一小部分,却对产品的先进性和竞争能 现阶段的注塑成型模拟技术,主要是通过“设计—力起着决定性影响,并通常决定了70%～80%的制造分析—修改—再设计”的反复交互过程“被动”辅助设[1]成本和行销服务成本,因此设计过程的数字化已成计的,
3、难于给工程设计人员提供一个明确的修改方向为现代工程设计的基本特征。围绕着加速新产品开和修改尺度。优化理论和方法在注塑成型数值模拟中发,计算机技术在工程设计中的应用,已从“辅助什么”的应用,为该技术积极“主动”辅助设计奠定了基础。(ComputerAidedX),如:计算机辅助设计、计算机辅因此,注塑成型数值模拟技术相对成熟后“优化”成为,助制造等;发展到“为什么性而设计”(DesignFor-该领域的研究热点之一。1992年,申长雨等在冷却分Xility),如:可加工性设计、可制造性设计等;并将进一析的基础上,通过对注塑模冷却系统的灵敏度分析,建[6]步发展为“什
4、么的自动化设计”(X-DesignAutomat2立了冷却系统的优化模型和边界元数值求解方法。[2]ed)。为实现自动化设计,优化技术必不可少。所以1995年,B1H1Lee和B1H1Kim对于给定的工艺条件,[3]动态、优化、计算机是现代设计的核心。以注射时间、后充填时间(保压和冷却时间)、保压时 注塑成型数值模拟技术,就是根据材料加工流变间、熔体温度、冷却介质温度为设计变量,优化了塑件学和传热学、力学的基本理论,建立塑料熔体在模具型的壁厚以减少翘曲变形,优化方法采用修正的复合形[7]腔中的流动、传热的物理数学模型,利用数值计算理论法。1996年,B1H1Le
5、e和B1H1Kim针对一模多腔构造其求解方法,利用计算机图形学技术在计算机屏的非平衡浇道系统,将人工经验和优化方法结合,以各幕上,形象直观地模拟出实际成型中熔体的充填、冷却浇口、浇道的几何尺寸为设计变量,以压力差为目标函[8]过程,定量地给出注塑成型的状态参数,如:压力、温数,完成了浇注系统的自动设计。同年,B1H1Lee[4,5]度、速度、几何尺寸等。自1976年,澳大利亚和B1H1Kim给出了由翘曲、熔接线、冲击强度3项质MoldFlow公司发行了第一套注塑模流动分析软件以量指标加权构成的目标函数,以不同的工艺方案作为来,近30年来,注塑成型数值模拟技术得到了
6、长足的设计变量,用两步搜索技术完成了最优浇口位置选[9]发展,能完成包括流动、保压、冷却、翘曲、结构应力分择。文献[10,11]对鲁棒设计进行了研究。鲁棒析等内容在内的数值分析。其中,流动分析用于模拟(Robust)设计,又称稳健设计,是保证产品高质量的一聚合物在模具中的充填模式,获得不同区域的充填信种有效的工程方法,设计本身并不是通过选取高品质息及关于缺料、熔接线、气穴位置等的预测,可用于平材料、精密制造、严格限制使用条件等手段来提高产品衡浇口和流道;保压分析主要用于模拟熔体的固化及质量,而是使设计具有较好的抗干扰能力,从而保证产有关的微结构信息;冷却分析用于模
7、拟冷却系统对流品质量的稳定性。X收稿日期:2000201224; 修订日期:2000206205基金项目:国家自然科学基金资助项目(19632004)作者简介:李海梅(19692),女,博士。研究方向:现主要从事计算机数值模拟工作。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.《机械设计》2000年10月№10专题论文优化设计31 由于注塑过程的复杂性,优化方法在注塑成型数F(xi)=aX+bY+cZ(7)值模拟中的应用,主要是具体问题具体分析,尚无通用式中:设计变量为xi=[x1,
8、⋯,xn]
