動態(tài)注塑工藝與服役質(zhì)量成型條件優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、注塑成型制品在現(xiàn)代生活中占有非常高的比重，且隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對注塑制品的成型質(zhì)量與服役性能要求越來越高?；谧⑺艹尚蛿?shù)值模擬技術(shù)和現(xiàn)代優(yōu)化理論的注塑制品成型條件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，克服了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)及塑料成型加工的盲目性，能夠顯著改善制品的質(zhì)量，提高加工制造的效率。然而，注塑制品優(yōu)化分析工作存在兩個方面的主要問題:一是現(xiàn)有的成型優(yōu)化設(shè)計(jì)局限在傳統(tǒng)成型技術(shù)的框架下，缺少針對現(xiàn)代注塑工藝的仿真技術(shù)與優(yōu)化方法，限制了進(jìn)一步提升制品成型質(zhì)量的空間

2、;二是目前的注塑制品成型優(yōu)化設(shè)計(jì)主要關(guān)注制品的成型質(zhì)量，鮮有關(guān)注制品的服役性能，更缺乏以服役性能為目標(biāo)的成型條件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。針對上述問題，本文開展的主要研究內(nèi)容為:
　　(1)作為一種新興的先進(jìn)成型技術(shù)，動態(tài)注塑成型技術(shù)較傳統(tǒng)的注塑成型技術(shù)可以降低能耗，顯著地提高制品的成型質(zhì)量，但目前尚缺少動態(tài)注塑成型技術(shù)的數(shù)值模擬方法。為此，本文首先提出了一種基于有限元技術(shù)的動態(tài)注塑成型流動分析數(shù)值計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)注塑成型充填過程和保壓過

3、程的數(shù)值模擬，其數(shù)值計(jì)算的壓力響應(yīng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果具有很好的吻合度，并詳細(xì)分析了速度控制型動態(tài)充填參數(shù)對充填壓力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:動態(tài)注塑條件下，型腔內(nèi)的壓力響應(yīng)發(fā)生明顯改變，也即成型熱機(jī)歷史發(fā)生了變化，壓力響應(yīng)頻率與成型工藝的頻率相同，幅值系數(shù)是決定壓力波動程度的首要因素，充填相位可以改變充填結(jié)束時(shí)的壓力大小。此外，還可以通過設(shè)置不同的動態(tài)充填與保壓模式實(shí)現(xiàn)不同類型的動態(tài)注塑過程，以及通過設(shè)置不同的動態(tài)參數(shù)（頻率、幅值因子和

4、相位）計(jì)算充填過程和保壓過程模腔內(nèi)的壓力響應(yīng)，研究動態(tài)參數(shù)對成型熱機(jī)歷史的影響規(guī)律。該方法是對現(xiàn)代注塑成型數(shù)值模擬技術(shù)的補(bǔ)充與發(fā)展，可以作為動態(tài)注塑成型流動分析的一種有效數(shù)值方法。
　　(2)實(shí)驗(yàn)表明動態(tài)注塑成型技術(shù)可以改善制品的成型質(zhì)量，但是缺少動態(tài)注塑成型條件下制品成型質(zhì)量的優(yōu)化模型與策略，以及動態(tài)參數(shù)對于制品成型質(zhì)量影響的分析研究工作。在上述動態(tài)注塑成型流動數(shù)值仿真方法的基礎(chǔ)上，針對制品翹曲變形問題，本文首次建立了含有動態(tài)參

5、數(shù)的注塑成型工藝優(yōu)化模型，采用了一種速度型動態(tài)充填控制模式，有效地避免了幅值因子與頻率之間的約束問題，降低了工藝優(yōu)化問題的難度。利用基于Kriging代理模型的優(yōu)化方法，分別求解了動態(tài)注塑成型工藝優(yōu)化問題與傳統(tǒng)工藝優(yōu)化問題的最優(yōu)設(shè)計(jì)。不同類型制品翹曲變形的優(yōu)化結(jié)果表明:動態(tài)注塑成型工藝對小型制品翹曲變形改善效果較好，而對大型、狹長制品翹曲變形改善程度有限。動態(tài)注塑成型條件工藝優(yōu)化是對傳統(tǒng)工藝優(yōu)化問題的重要拓展，對于動態(tài)注塑條件下制品的成

6、型質(zhì)量研究具有重要的參考價(jià)值。
　　(3)對于塑料尤其是工程塑料制品來說，提升制品在復(fù)雜服役環(huán)境下的安全性具有重要的工程意義，然而目前注塑制品成型分析與制品結(jié)構(gòu)服役分析是獨(dú)立的過程，所以無法考慮制品成型缺陷在服役分析中的作用，也就缺少一種設(shè)計(jì)/成型/服役一體化分析方法和以提升服役性能為目標(biāo)的成型條件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。為此，本文針對制品服役承載能力問題，提出了一種考慮成型缺陷（如翹曲變形和殘余應(yīng)力）的從成型到服役的一體化分析方法，并從工