專利名稱：：塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬及優(yōu)化方法，特別涉及一種塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，用于塑料注射成型。
背景技術(shù)：
：塑料的注射成型具有生產(chǎn)周期快、生產(chǎn)效率高、能成型形狀復(fù)雜、尺寸精確或帶嵌件的制品以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，因此，注射成型成為塑料的主要加工方法之一，用此方法加工的塑料占到了塑料加工總重量的32%，在制品生產(chǎn)行業(yè)中占有非常重要的地位。注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)在塑料生產(chǎn)中十分重要，不僅影響到生產(chǎn)周期而且直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。注射時(shí)間長(zhǎng)則注射速率慢，制品易產(chǎn)生熔合紋，密度不勻，制品內(nèi)應(yīng)力大等缺陷。當(dāng)注射時(shí)間過(guò)短，注射速率過(guò)高，則熔體離開(kāi)噴嘴后會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則流動(dòng)，產(chǎn)生大的剪切熱而燒焦塑料，此外在高注射速度時(shí)，模腔內(nèi)的氣體往往來(lái)不及排出，夾雜在物料中嚴(yán)重影響制品質(zhì)量。而注射時(shí)間參數(shù)的確定卻又十分復(fù)雜，其與注塑機(jī)、塑料性能、模具等因素密切相關(guān)。當(dāng)前企業(yè)確定注射時(shí)間的方法主要是嘗試法，又稱試錯(cuò)法，見(jiàn)金新明"注塑參數(shù)智能設(shè)定方法及質(zhì)量控制研究"華南理工大學(xué)，2000[博士論文];即依據(jù)相關(guān)人員有限的經(jīng)驗(yàn)不斷進(jìn)行試模后評(píng)定。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于塑料材料的性能千差萬(wàn)別，制品和模具的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，僅憑有限的經(jīng)驗(yàn)難以對(duì)這些因素作全面的考慮和處理，因?yàn)檫@種方法要反復(fù)試模，從而導(dǎo)致成型循環(huán)周期長(zhǎng)、廢品率高、產(chǎn)品質(zhì)量不理想、生產(chǎn)不穩(wěn)定、注射機(jī)利用率低等問(wèn)題。另外有一些學(xué)者采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測(cè)注射時(shí)間，見(jiàn)王德翔，劉來(lái)英，王振寶，周華民，李德群"基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的注塑成型工藝參數(shù)優(yōu)化"，模具技術(shù)，2001，6(1):14;和B.H.M.Sadeghi，"ABP-neumlnetworkpredictormodelforplasticinjectionmoldingprocess，，，JournalofMaterialProcessingTechnology2000,103(3):411416;然而，充足而正確的學(xué)習(xí)樣本才能保證系統(tǒng)的性能，學(xué)習(xí)樣本的收集是一項(xiàng)十分龐大而復(fù)雜的工作，因此影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也制約了這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，要求盡可能準(zhǔn)確而快速地設(shè)置注射時(shí)間參數(shù)、縮短塑料產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高制品質(zhì)量、促使注射機(jī)生產(chǎn)能力的最大化。因此，急需快速、準(zhǔn)確的注射時(shí)間參數(shù)確定方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，以快速正確確定注射時(shí)間參數(shù)。本發(fā)明的一種塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，包括(1)確定制品幾何信息步驟，根據(jù)制品型腔的幾何形狀以及澆口設(shè)置的位置確定制品平均壁厚、制品體積和制品型腔最大流動(dòng)長(zhǎng)度；(2)確定塑料參數(shù)步驟，從塑料提供商處獲得制品所使用的塑料材料的物性參數(shù)及材料推薦參數(shù)，物性參數(shù)包括熔融密度、比熱容、熱導(dǎo)率和材料粘度七參數(shù)模型中的七個(gè)材料常數(shù)；材料推薦參數(shù)包括注射溫度和模具溫度；(3)設(shè)置注射時(shí)間區(qū)間、時(shí)間步長(zhǎng)步驟，注射時(shí)間區(qū)間最大值《20s，時(shí)間步長(zhǎng)《5s;(4)簡(jiǎn)化模型模擬計(jì)算步驟，在設(shè)定的注射時(shí)間區(qū)間內(nèi)，每次按時(shí)間步長(zhǎng)增加注射時(shí)間，根據(jù)步驟(1)和(2)所確定的制品幾何信息及塑料參數(shù)，采用簡(jiǎn)化注射流動(dòng)模型，計(jì)算當(dāng)前注射時(shí)間下的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值；(5)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟，根據(jù)步驟(4)所確定的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值，計(jì)算各注射時(shí)間下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值f(p,r，0，獲得一組注射時(shí)間區(qū)間的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值；式中，注射壓力p、最小熔體前沿溫度r、注射時(shí)間K注射時(shí)間區(qū)間下限f,、注射時(shí)間區(qū)間上限/,，；注射壓力區(qū)間下限i^、注射壓力區(qū)間上限i^、最小熔體前沿溫度區(qū)間下限7;,、最小熔體前沿溫度區(qū)間上限權(quán)值w、巧、^為01;(6)確定最優(yōu)注射時(shí)間步驟，取步驟(5)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值中的最小值所對(duì)應(yīng)的注射時(shí)間為最優(yōu)注射時(shí)間。所述的注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述簡(jiǎn)化模型模擬計(jì)算步驟中，采用簡(jiǎn)化注射流動(dòng)模型，計(jì)算當(dāng)前注射時(shí)間下的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值過(guò)程為(1)建立制品型腔簡(jiǎn)化模型，根據(jù)制品體積相等的原則將制品所對(duì)應(yīng)的復(fù)雜型腔簡(jiǎn)化成端部帶澆口的矩形平板，其長(zhǎng)度為制品型腔最大流動(dòng)長(zhǎng)度，高度為制品平均壁厚；(2)建立二維差分離散網(wǎng)格；(3)初始化參數(shù)，設(shè)置入口的溫度為注射溫度，入口的初始剪切速率為O;(4)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的粘度7/及流動(dòng)率S:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中，材料常數(shù)r'、A、￡)2、Z)3、4、4、n，零剪切黏度W。，剪切速率，簡(jiǎn)化模型矩形平板高度的一半"簡(jiǎn)化模型矩形平板高度方向坐標(biāo)z;(5)求解壓力場(chǎng)尸3尸0&2附壓力降a經(jīng)數(shù)值積分求得壓力場(chǎng)p，計(jì)算由熔體前沿開(kāi)始，取壓力為o，逆向積分至熔體入口，式中，壓力降a，注射流量e，簡(jiǎn)化模型矩形平板寬度；(6)計(jì)算剪切速率及速度"<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(7)根據(jù)下述控制方程計(jì)算溫度場(chǎng)r:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中，時(shí)間"熱導(dǎo)率《，熔體密度p，比熱容Cp，簡(jiǎn)化模型矩形平板長(zhǎng)度方向坐標(biāo)x;(8)判斷型腔是否充滿，是則轉(zhuǎn)步驟(9)，否則將所得結(jié)果與預(yù)測(cè)的熔體下一時(shí)刻前沿位置相結(jié)合，計(jì)算下一時(shí)刻的溫度場(chǎng)，依次進(jìn)行下去，直至整個(gè)模型充滿為止；(9)求得注射壓力和最小熔體前沿溫度。本發(fā)明以粘性流體力學(xué)的基本方程為基礎(chǔ)，引入合理的假設(shè)與簡(jiǎn)化，提出一種簡(jiǎn)化注射流動(dòng)計(jì)算模型，在給定注射時(shí)間參數(shù)的條件下，快速預(yù)測(cè)出注射壓力和最小熔體前沿溫度，并根據(jù)一定的優(yōu)化策略，準(zhǔn)確、快速地得到特定注塑條件下的最優(yōu)注射時(shí)間參數(shù)，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相比，不需要龐大的學(xué)習(xí)樣本，運(yùn)行更加穩(wěn)定，從而提高縮短塑料產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)注塑機(jī)生產(chǎn)能力的最大化。圖1鼠標(biāo)下蓋幾何模型圖；圖2本發(fā)明流程框圖；圖3簡(jiǎn)化模型計(jì)算流程框圖；圖4型腔簡(jiǎn)化模型示意圖；圖5有限差分網(wǎng)格示意圖；圖6邊界條件示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)際制品鼠標(biāo)下蓋對(duì)本發(fā)明詳細(xì)描述，其幾何模型及澆口位置如圖1所示；確定其注射時(shí)間參數(shù)的步驟如圖2所示(1)確定制品幾何信息，制品平均壁厚為1.857mm，型腔最大流動(dòng)長(zhǎng)度為96.300跳制品體積為10.000cm3;(2)確定塑料參數(shù)，采用塑料材料為ABS，推薦注射溫度為23(TC，推薦模具溫度為5(TC，其物理參數(shù)如下表l所示；表1ABS的物理參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(3)設(shè)置注射時(shí)間區(qū)間為0.ls5.0s，步長(zhǎng)為0.3s;(4)利用簡(jiǎn)化流動(dòng)模型模擬計(jì)算注射時(shí)間區(qū)間中不同注射時(shí)間的注射壓力和最小熔體前沿溫度；模擬計(jì)算的具體計(jì)算流程如圖3所示，其離散方法是在在塑料熔體流動(dòng)方向采用迎風(fēng)格式的向后差分，型腔壁厚方向采用中心差分，下標(biāo)/表示第/列的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，下標(biāo)/表示第y行的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，下標(biāo)A表示/t時(shí)刻，以7;#為例，r,^表示yt時(shí)刻第/列第y行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的溫度，(4一1)將鼠標(biāo)下蓋簡(jiǎn)化為如圖4所示長(zhǎng)度為96.300mm，寬度為55.919mm，高度為1.857mm的矩形平板；(4一2)建立差分離散網(wǎng)格，如圖5所示，z方向?yàn)樾颓槐诤穹较?，z方向長(zhǎng)度為0.9285mm，z方向網(wǎng)格間隔0.116mm;x方向?yàn)樗芰先垠w流動(dòng)方向，x方向長(zhǎng)度為96.300mm，x方向網(wǎng)格間隔0.963mm;型腔中心層坐標(biāo)z=0，假設(shè)塑料熔體的流動(dòng)關(guān)于型腔中心層對(duì)稱，如圖6所示，僅考慮中心層上半部分的流動(dòng)過(guò)程，在每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上計(jì)算粘度、剪切速率,、速度"和溫度r;(4一3)設(shè)置入口的溫度為23(TC，入口的初始剪切速率為O;(/32+￡>3尸))(4一4)利用式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的粘度7，使用式&+1+Z"—'fAz更新流動(dòng)率S;(4—5)利用<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式計(jì)算壓力降A(chǔ)以及壓力場(chǎng)尸；(4—6)分別使用<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>式計(jì)算剪切速率r，速度"；(4一7)根據(jù)下述控制方程計(jì)算溫度場(chǎng)T:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(4一8)判斷型腔是否充滿，是則轉(zhuǎn)步驟(4一9)，否則將所得結(jié)果與預(yù)測(cè)的熔體下一時(shí)刻前沿位置相結(jié)合，計(jì)算下一時(shí)刻的溫度場(chǎng)，依次進(jìn)行下去，直至整個(gè)模型充滿為止；(4一9)求得注射壓力和最小熔體前沿溫度；不同注射時(shí)間計(jì)算結(jié)果如表2所示表2注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(5)根據(jù)上述模擬值計(jì)算不同時(shí)間步的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，其中^為0.1，"4.9，尸隱為29.78，i^為54.32，rm,n為204.78，rmax為232.18，w,為0.5，^2為0.7，^為0.5;計(jì)算結(jié)果如表3所示表3優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>(6)確定最優(yōu)注射時(shí)間，選擇上表中優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值的最小值所對(duì)應(yīng)的注射時(shí)間l.Os。權(quán)利要求1.一種塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，包括(1)確定制品幾何信息步驟，根據(jù)制品型腔的幾何形狀以及澆口設(shè)置的位置確定制品平均壁厚、制品體積和制品型腔最大流動(dòng)長(zhǎng)度；(2)確定塑料參數(shù)步驟，從塑料提供商處獲得制品所使用的塑料材料的物性參數(shù)及材料推薦參數(shù)，物性參數(shù)包括熔融密度、比熱容、熱導(dǎo)率和材料粘度七參數(shù)模型中的七個(gè)材料常數(shù)；材料推薦參數(shù)包括注射溫度和模具溫度；(3)設(shè)置注射時(shí)間區(qū)間、時(shí)間步長(zhǎng)步驟，注射時(shí)間區(qū)間最大值≤20s，時(shí)間步長(zhǎng)≤5s；(4)簡(jiǎn)化模型模擬計(jì)算步驟，在設(shè)定的注射時(shí)間區(qū)間內(nèi)，每次按時(shí)間步長(zhǎng)增加注射時(shí)間，根據(jù)步驟(1)和(2)所確定的制品幾何信息及塑料參數(shù)，采用簡(jiǎn)化注射流動(dòng)模型，計(jì)算當(dāng)前注射時(shí)間下的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值；(5)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟，根據(jù)步驟(4)所確定的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值，計(jì)算各注射時(shí)間下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值F(P，T，t)，獲得一組注射時(shí)間區(qū)間的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值；2.如權(quán)利要求1所述的注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，其特征在于，所述簡(jiǎn)化模型模擬計(jì)算步驟中，采用簡(jiǎn)化注射流動(dòng)模型，計(jì)算當(dāng)前注射時(shí)間下的注射壓力和最小熔體前沿溫度模擬值過(guò)程為(1)建立制品型腔簡(jiǎn)化模型，根據(jù)制品體積相等的原則將制品所對(duì)應(yīng)的復(fù)雜型腔簡(jiǎn)化成端部帶澆口的矩形平板，其長(zhǎng)度為制品型腔最大流動(dòng)長(zhǎng)度，高度為制品平均壁厚；(2)建立二維差分離散網(wǎng)格；(3)初始化參數(shù)，設(shè)置入口的溫度為注射溫度，入口的初始剪切速率為0;(4)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的粘度;;及流動(dòng)率S:式中，材料常數(shù),、Z),、D2、￡>3、4、^、"，零剪切黏度7。，剪切速率,，簡(jiǎn)化模型矩形平板高度的一半"簡(jiǎn)化模型矩形平板高度方向坐壓力降八經(jīng)數(shù)值積分求得壓力場(chǎng)P，計(jì)算由熔體前沿開(kāi)始，取壓力為0，逆向積分至熔體入口，式中，壓力降A(chǔ)，注射流量Q，簡(jiǎn)化模型矩形平板寬度『；(6)計(jì)算剪切速率纟及速度t/:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(5)求解壓力場(chǎng)P:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(7)根據(jù)下述控制方程計(jì)算溫度場(chǎng)r:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，時(shí)間"熱導(dǎo)率尺，熔體密度P，比熱容Cp，簡(jiǎn)化模型矩形平板長(zhǎng)度方向坐標(biāo)x;(8)判斷型腔是否充滿，是則轉(zhuǎn)步驟(9)，否則將所得結(jié)果與預(yù)測(cè)的熔體下一時(shí)刻前沿位置相結(jié)合，計(jì)算下一時(shí)刻的溫度場(chǎng)，依次進(jìn)行下去，直至整個(gè)模型充滿為止；(9)求得注射壓力和最小瑢體前沿溫度。全文摘要塑料注射成型過(guò)程中注射時(shí)間參數(shù)的確定方法，屬于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬及優(yōu)化方法，用于塑料注射成型，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以快速正確確定注射時(shí)間參數(shù)。本發(fā)明包括(1)確定制品幾何信息步驟，(2)確定塑料參數(shù)步驟，(3)設(shè)置注射時(shí)間區(qū)間、時(shí)間步長(zhǎng)步驟，(4)簡(jiǎn)化模型模擬計(jì)算步驟，(5)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算步驟，(6)確定最優(yōu)注射時(shí)間步驟，取優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值中的最小值所對(duì)應(yīng)的注射時(shí)間為最優(yōu)注射時(shí)間。本發(fā)明提出一種簡(jiǎn)化注射流動(dòng)計(jì)算模型，快速地得到特定注塑條件下的最優(yōu)注射時(shí)間參數(shù)，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相比，不需要龐大的學(xué)習(xí)樣本，運(yùn)行更加穩(wěn)定，從而提高縮短塑料產(chǎn)品生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)注塑機(jī)生產(chǎn)能力的最大化。文檔編號(hào)G06F17/50GK101118569SQ20071005303公開(kāi)日2008年2月6日申請(qǐng)日期2007年8月24日優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日發(fā)明者波嚴(yán),周華民,崔樹(shù)標(biāo),李德群,朋趙申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)