1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化基于正交实验的注塑件成型工艺参数优化设计综述摘要阐述了注塑件成型工艺参数优化的概念及研究现状，主要包括国内学者在该领域所做的研究；优化设计中所涉及的设计方法，主要是正交试验法和MOLDFLOW软件进行注塑成型质量分析的方法结合；当前注塑件成型工艺参数优化设计存在的主要问题及发展方向。关键字正交实验、MOLDFLOW、质量分析、参数优化1、注塑件成型工艺参数优化的概念及研究现状11概念注塑成型工艺优化问题定义注塑成型工艺优化是一个多变量多目标的优化问题。从数学角度看，工艺优化就是在注塑过程参数空间寻找可行的点，得到该点对应一组可成型最佳或近似最佳制品质量的工
2、艺参数。12研究现状注塑工艺参数优化注射成型的非线性、多变量特性使得其成型工艺的设置非常困难。不少研究者对成型工艺优化进行研究。一些研究者将以概率论和数理统计为基础的实验设计法与成型模拟技术结合分析工艺参数对制品质量的影响，并给出最佳的工艺参数水平组合。周大路等利用MOLDFLOW实现了注塑件的流动分析，优化了浇道口的摆放位置1；贺华波,李红林,邓益民利用MOLDFLOW软件对所设计的塑料笔筒的成形质量进行比较分析,最终得到最优的结构设计2；陈兰贞利用MOLDFLOW和正交试验法结合优化工艺参数，是注塑件产品曲翘量减小3；贺华波采用正交实验法和MOLDFLOW仿真模拟实验相结合，对一旋盖产品的
3、表面缩痕作了多成型工艺参数综合影响分析4；宋小辉，夏薇，王伟，唐旭东利用MATLAB语言庞大的计算功能对正交试验进行了程序设计,应用程序对三水平四因素的注塑件进行了工艺参数优化设计，得到了四个因素及它们的交互作用对翘曲的影响大小，以及各因素的最佳水平组合，并确定了各因素的进一步调整方向5；朱春东，李福涛，朱红艳从正交试验得到的最优工艺参数输人到MOLDFLOW进行变形分析条件下的翘曲变形情况，得出翘曲变形主要是由收缩不均引起的6；SHTANG使用正交试验法使模具减少翘曲7；MCSONG研究了注塑成型工艺参数对超薄壁塑料零件的影响8；YMDENGDZHENGXJLU对插座的的注塑成型参数进行了优
4、化9。为进一步的注塑工艺优化奠定基础。2、设计方法传统的注塑模设计基本凭借设计人员个人的知识和经验，模具设计、加工完毕后，需要花费大量的时问进行调试、修改，甚至可能由于无法挽回的一点失误使得整个设计报废，模具设计、加工的成本高，效率低。20世纪70年代以来，随着计算机技术的迅猛发展和普及，注塑模具CADCAE技术也随之推广。注塑模具CADCAE技术的发展和应用使模具设计、加工的成本大大降低，效率则成倍提高，该技术的社会地位已得到充分的认可和重视。其中以MOLDFLOW软件的应用最具代表性，它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程，而且可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注塑工
5、艺条件等进行模拟分析。21正交实验法TAGUCHI法“正交试验”是一种科学地安排与分析多因素试验的方法。该试验方法能够做到以下两点1）在试验安排上尽可能的减少试验次数；2）在进行较少次数试验的基础上，能够利用所得的试验数据，分析出指导实践的正确结论，并得到较好的结果。是使我们的工作达到多块好省的一个工具。利用“正交试验法”可以解决多因素、多水平及多指标这一类的试验问题。基本试验方法一、取出试验的影响因素、水平，理出因素、水平表；二、在确定因素、水平之后，就要选一张合适的正交表来安排实验方案；三、按照制作的正交表进行试验；四、用正交表分析实验结果极差分析，得出影响大的因素；五、得出结论10。22
6、MOLDFLOW软件进行注塑成型质量分析的方法MOLDFLOW公司总部位于美国波士顿，是塑料分析软件的创造者，自1976年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场11。澳大利亚MOLDFLOW公司的MOLDFLOW系统是一个率先推出的注塑模流动分析软件具有流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析、结构应力分析、注塑机参数优化、气体辅助注塑分析、塑件纤维取向分析、中型面自动生成、热固性塑料流动与融合分析等功能的软件12。MOLDFLOW的MPI/FLOW模块将注塑成形从塑件、模具的设计到工艺参数的确定结合为一体,具体分析过程如下1315。221几何建模为计算充模阶段,必须给出
7、一个求解区域。一个求解区域就是被确定的一个空间范围,在这个空间范围内建立数学模型并求解。也可在MOLDFLOW2010软件内建模,也可通过软件的输入接口输入其他软件的模型文件。本次试验从SOLIDEDGEV20进行三维建模，存为后缀为STL的文件，而后导入MOLDFLOW2010。222网格划分MOLDFLOW2010软件能根据几何模型自动地生成网格。只需在生成网格对话框输入合理的全局网格边长、弦高、IGES合并公差等参数,系统就能自动进行划分。然后可以对生成的网格进行网格统计，确认网格划分是否正确合理。223浇口位置及数量的确定MOLDFLOW2010软件可根据模型几何形状及相关材料参数、工
8、艺参数分析出浇口的最佳位置。用户可在设置浇口位置之前进行浇口位置分析,根据分析结果设置浇口位置,从而避免由于浇口位置设置不当可能引起的制件缺陷。224材料及工艺参数设置在进行分析之前,必须指定材料,并根据软件推荐的工艺参数进行相应设置。3、当前注塑件成型工艺参数优化设计存在的主要问题注塑成型工艺优化问题定义注塑成型工艺优化是一个多变量多目标的优化问题。从数学角度看，工艺优化就是在注塑过程参数空间寻找可行的点，该点对应一组可成型最佳或近似最佳制品质量的工艺参数。由于影响注塑制品各项质量、性能指标的工艺参数相互制约甚至相互矛盾，所有质量指标全部达到最优是不可能的。而对一个质量指标的过分追求会使最优
9、点超出约束范围。图1所示为多质量指标限制的工艺窗口示意图。图1多质量指标限制的工艺窗口示意图注塑成型优化设计是当前的一个热点研究问题。通过优化，提高了产品质量，降低了成本，对实际生产具有一定的指导意义。但是，目前研究所建立的优化模型往往不能够很好地与实际生产要求相符，塑件质量评价指标的数学描述有时候还欠合理。另外，由于优化算法的效率和数值模拟耗时等原因，现有的优化算法往往花费时间过长，限制了优化技术在注射成型模具设计中的应用，这就需要构建快速有效的优化算法，或利用简化的数值模拟算法，缩短优化过程所需时间，提高成产率16。这些都是有待我们在今后的研究中去解决的问题。4、结束语近几年，将优化技术和
10、数值模拟技术相结合的注塑成型优化设计研究受到了普遍重视。注塑成型优化设计基于最优化理论，通过建立反映设计者主要设计要求的优化模型，并构建有效算法对模型进行求解，可以得到最优的模具结构及成型工艺参数。例如，系统可以自动确定最优成型工艺参数如注射速率、保压压力、保压时间、模具温度等，也可以自动确定最优浇口位置，大大降低了注塑成型设计对设计人员经验的要求，提高了设计质量。可以看出，计算机辅助设计技术在注射成型设计中的应用有三个层次第一层次是计算机辅助画图，即模具设计人员把自己的设计方案在计算机上画出来，计算机相当于设计图版；第二层次是计算机辅助分析，即设计人员利用数值模拟技术对自己的设计方案进行评估
11、；第三层次是计算机辅助优化，利用优化技术，设计人员不必对成型过程错综复杂的各种因素进行分析，便可得到最优的注塑成型设计方案，大量复杂的工作由计算机完成。在注塑产品迅速发展的今天，注塑件成型工艺参数优化设计是完全必要的，也是极为迫切的，对我国塑料工业的发展具有重要意义。参考文献1周大路，何柏林，黄薇MOLDFLOW在注塑模设计中的应用J计算机应用技术，2005，32826342贺华波，邓益民，李红林基于MOLDFLOW的笔筒注塑件结构优化设计J电加工与模具，2007451533陈兰贞基于数值模拟与正交试验结合的注塑模多工艺参数优化设计J现代制造工业，20061277794贺华波基于正交实验的旋盖
12、产品成型工艺参数优化设计J工程塑料应用2009，37（4）35385宋小辉，夏薇，王伟，唐旭东基于正交试验程序设计的注塑工艺参数优化设计J装备制造技术2007927286朱春东，李福涛，朱红艳基于正交试验及MOLDFLOW模拟优化注塑工艺参数J塑料工业2009，37（6）30327SHTANG,TAGUCHIMETHODINTHEDESIGNOFPLASTICINJECTIONJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY，2007，（1824184268MCSONG，RESEARCHONEFFECTSOFINJECTIONPROCESSPARAMETERSON
13、THEMOLDINGPROCESSFORULTRATHINWALLPLASTICPARTSJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY，2007，1871886686719YMDENGDZHENGXJLUINJECTIONMOULDINGOPTIMISATIONOFMULTICLASSDESIGNJINTJADVMANUFTECHNOL，008，3969069810正交试验法编写组正交试验法M北京国防工业出版社19761211王刚，单岩MOLDFLOW模具分析应用实例M北京清华大学出版社2005612王春香基于实例的注塑模具CAD/CAE关键技术应用研究D20081113贺华波，邓益民MOLDFLOW在塑料齿轮成形工艺设计中的应用J轻工机械，2007，255303314贺华波,李红林,邓益民MOLDFLOW在电话听筒上盖零件注塑成形中的应用J轻工机械，2006，242384015金杨福,钱欣MOLDFLOWINSIGHT2010注射成型分析基础M北京化学工业出版社，2010116申长雨注塑成型模拟及模具优化设计理论与方法M北京科学出版社20093
