1、 1 毕业论文开题报告 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 一、 选题的背景与意义 随着塑料制品在工业中的应用日益普遍，塑料制品被广泛的应用应用于工业、农业及日常生活中。尤其是在宁波，可以说宁波是注塑产品的家乡。近年来，塑料模具发展最为迅速，在国内模具工业产值中塑料模具所占比例不断扩大。同时各种注塑机的发展也是极为快速。塑料模具与注塑的迅速发展是和注塑件产品的发展有直接关系的，可见近年我国注塑件产品的发展是多么惊人。 但是与发达国家相比，国内的模具技术要落后国外近 20 年 。因此在注塑产品 的进一步发展利用上我们还任重而道远。 同样，由于注射成型过程中的成型条件
2、 (如注射压力、螺杆背压、注射速度、注射量、锁模力、料筒温度、掸具温度 )的选择不 当或模具本身存在的问题，因而会使注塑制品出现许多不良现象和缺陷。这是该领域的一大难题，解决这一难题对注塑件产品的发展有举足轻重的意义。 二、 研究的基本内容与拟解决的主要问题： 2.1 基本内容： 利用 Moldflow 软件对一款注塑件进行成型质量分析。熟悉和掌握完整的注塑模具的流动分析过程，通过设计正交实验的方法来获得比较合理的成型工艺参数的方法 2.2 拟解决的主 要问题： 学习 Moldflow，熟练掌握该软件的操作，从而能够利用其进行注塑成型质量分析 ; 学习正交实验的设计方法与应用； 通过设计正交实
3、验进行不同成型工艺的流动分析，以缩痕最小为目标确定最佳的成型工艺； 三、研究的方法与技术路线： 2 3.1 研究方法： 3.1.1 Moldflow 软件进行注塑成型质量分析的方法； 3.1.1.1 几何建模 3.1.1.2 网格划分 3.1.1.3 浇口位置及数量的确定 3.1.1.4 材料及工艺参数设置 3.1.2 正交实验的设计方法； 基本试验方法： 3.1.2.1 取出试验的影响因素、水平，理出因素、水平表； 3.1.2.2 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； 3.1.2.3 按照制作的正交表进行试验； 3.1.2.4 用正交表分析实验结果 极差分析，得出影
4、响大的因素； 3.1.2.5 得出结论。 3.2 技术路线： 用计算机软件 Moldflow 进行注塑成型质量分析，从而预测产品的成型状况进而避免产生成型缺陷。 在此过程中，结合了正交试验以减少试验次数，但是并不影响实验的准确程度。 四、 研究的总体安排与进度： 4.1 前三周文献综述、开题报告 ; 4.2 第四周到第六周理解设计任务的具体要求，学习 Moldflow 软件和正交实验方法； 4.3 第六周到第十一周利用 Moldflow 进行注塑过程模拟及成型质量分析； 4.4 十二周对流动分析结果进行分析并确定最佳的成型工艺； 4.5 十三周整理计算说明书，完成毕业设计论文。 参考文献： 1
5、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， 2005，32(8)： 2634 2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， 2007 (4)： 5153. 3 3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， 2006(12)： 7779 4贺华波 基于正交实验的旋盖产品成型工艺参数优化设计 J工程塑料应用 2009，37（ 4）： 3538 5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 2007(9)： 2728 6朱春东，李福涛，
6、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）： 3032 7S.H. Tang, Taguchi method in the design of plastic injectionJ Journal of Materials Processing Technology， 2007，（ 182 )： 418426 8M C Song， Research on effects of injection process parameters on the molding process for ultra-thin wall plastic
7、partsJ Journal of Materials Processing Technology ， 2007 ， (187188) ： 668671 9Y.-M Deng & D Zheng & X.-J Lu Injection moulding optimisation of multi-class designJ Int J Adv Manuf Technol， 008， (39)： 690698 10正交试验法编写组 正交试 验法 M 北京 :国防工业出版社 1976 12 11王刚，单岩 Moldflow 模具分析应用实例 M 北京：清华大学出版社 2005 6 12王春香 基于
8、实例的注塑模具 CAD/CAE 关键技术应用研究 D2008 11 13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， 2007，25 (5)： 3033 14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， 24 (2)： 3840. 15金 杨福 ,钱欣 Moldflow Insight 2010 注射成型分析基础 M北京：化学工业出版社， 2010 1 16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 2009 3 4 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
9、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 1.1 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艺参数。 1.2 研
10、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
11、，对一旋盖产品的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5 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； S.H. Tang 使用正交试验法使模具减少翘曲 7； M.C. Song 研究了注塑成型工艺参数对超薄壁塑料零件的影响 8
12、；Y.-M. Deng & D. Zheng & X.-J. Lu 对插座的的注塑成型参数进行了优化 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 CAD CAE 技术也随之推广。注塑模具 CAD CAE 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 Moldflo
13、w 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艺条件等进行模拟分析。 2.1 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；
14、 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。 2.2 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6 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
15、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 13 15 。 2.2.1 几何建模 为计算充模阶段 ,必须给出一个求解区域。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 Solid Edge V20 进行三维建模，存为后缀为 stl 的文件，而后导入 Moldflow2010。 2.2.2 网格划分 Moldflow2010
16、 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。 2.2.3 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。 2.2.4 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
17、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7 是不可能的。而对一个质量指标的过分追求会使最优点超出约束范围。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
18、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
19、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；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
20、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， 2005，8 32(8)： 2634 2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， 2007 (4)： 5153. 3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， 2006(12)： 7779 4贺华波 基于正交实验的旋盖产品成型工艺参数优化设计 J工程塑料应用 2009，37（ 4）： 3538 5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
21、术 2007(9)： 2728 6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）： 3032 7S.H. Tang, Taguchi method in the design of plastic injectionJ Journal of Materials Processing Technology， 2007，（ 182 )： 418426 8M C Song， Research on effects of injection process parameters on the molding process for
22、ultra-thin wall plastic partsJ Journal of Materials Processing Technology ， 2007 ， (187188) ： 668671 9Y.-M Deng & D Zheng & X.-J Lu Injection moulding optimisation of multi-class designJ Int J Adv Manuf Technol， 008， (39)： 690698 10正交试验法编写组 正交试验法 M 北京 :国防工业出版社 1976 12 11王刚，单岩 Moldflow 模具分析应用实例 M 北京：
23、清华大学出版社 2005 6 12王春香 基于实例的注塑模具 CAD/CAE 关键技术 应用研究 D2008 11 13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， 2007，25 (5)： 3033 14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， 24 (2)： 3840. 15金杨福 ,钱欣 Moldflow Insight 2010 注射成型分析基础 M北京：化学工业出版社， 2010 1 16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 2009 3 9 本科毕业论
24、文 （ 20 届） 基于正交实验的注塑件成型工艺参数优化设计 摘要： 本文 阐述了 注塑模技术发展概况及其趋势、注塑成型概况、注塑成型及其产品常见的缺陷、 注塑产品成型工艺参数优化的概念及研究现状、 Moldflow 简介及基于 Moldflow 的注塑成型模拟、 正交实验法（ Taguchi 法 )简介以及制品表10 面缩痕最小化设计。 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， 采用正交试验法和 Moldflow 仿真模拟实验相结合，对 CASIO 学生用计算器上 壳的表面缩痕作了多成形工艺参数综合影响分析，用比较少次数的仿真实验获得了能基本反映全面情况的试验资料，并
25、研究不同成形工艺参数对注塑过程制品表面缩痕指标的影响程度，给出了基于制品表面缩痕最小的最佳浇口位置分析和最佳成型工艺参数的方法。从而得到一组比较合理的注塑成型工艺参数，避免了各因子单独分析的片面性，有效地解决了以前注塑成型工艺参数设置不合理的现象。根据这些研究，在进行模具设计时，可以提高试模的成功率，可以加快模具的开发进度，缩短产品的开发周期，进而提高企业产品的竞争力。 关键词： 正交实验； Moldflow 仿真；质量分析；参数优化；缩痕最小化 Abstract： This paper is mainly about theThe profile and tendency of injection mould technology, profile of injection moulding, common defects of injection moulding and its products,the concept and research status of optimization of Plastics Injection
