基于移动最小二乘响应曲面的注塑件工艺优化.pdf

上海交通大学硕士学位论文 摘 要 第 I 页 基于移动最小二乘响应曲面的注塑件工艺优化基于移动最小二乘响应曲面的注塑件工艺优化 摘摘 要要 如何改善注塑件的翘曲变形是困扰工程师的一大问题， 仅仅依靠传 统的经验、技术诀窍和不断尝试，仍不能有效地解决问题本文在对注 塑成型过程进行数值模拟的基础上，研究了工艺参数对制品质量的影 响，提出了基于移动最小二乘拟合响应曲面法，应用到注塑成型工艺优 化上，建立了工艺参数和翘曲变形之间的非线性映射关系，并用现代寻 优算法得到了降低翘曲变形的优化工艺参数在此基础上，还尝试对产 品结构进行了优化论文的主要工作包括： 1．建立了准确、可靠的翘曲 CAE 仿真模型以典型电气外壳件为 研究对象建立仿真模型，对注塑成型过程进行 CAE 模拟，得到翘曲变 形结果完成了注塑成型实验，对注塑实验得到的外壳件用三坐标测量 仪进行测量，并将测量结果与 CAE 模拟结果进行对比，验证了对此类 塑件注塑成型过程模拟的可靠性 2. 综合评价了多个工艺参数对注塑翘曲变形的影响 利用田口正交 方法研究了工艺参数对注塑过程翘曲变形的影响， 通过方差分析得到了 影响翘曲变形的显著性因素。

结果表明：熔体温度和保压压力对翘曲变 形的影响程度最大，而注射时间、模具温度、保压时间对翘曲变形的影 响程度很小 3. 提出了基于移动最小二乘法拟合响应曲面的方法， 并通过算例验 证了该算法的准确性 将对翘曲变形影响显著的熔体温度和保压压力作 为设计变量，最大翘曲变形量作为优化目标，用基于移动最小二乘法的 响应曲面模型建立了从注塑工艺参数到翘曲变形的非线性映射关系 4. 实现了基于粒子群优化算法的工艺参数优化 采用粒子群优化算 法，结合响应曲面模型对工艺参数进行优化，使得翘曲变形量更小结上海交通大学硕士学位论文 摘 要 第 II 页 果表明：对本文研究的案例，模具温度为 100℃、熔体温度为 290.14℃、 注射时间 1.3s、保压压力为 98.87MPa、保压时间 8s 时，塑件发生的翘 曲变形量最小，注塑工艺优化经优化后翘曲变形量减少了 44.8% 5. 为了进一步降低翘曲变形量，对产品的结构设计进行了优化重 点研究了塑件壁厚和加强筋设计，得到了优化的设计变量组合，结果表 明：当塑件厚度 t 为 1.6 mm，在塑件内部的四角各添加 4 条加强筋，每 条加强筋的长、宽、高分别为 30mm、0.96mm、4.8mm、两条加强筋之 间的间距为 4.8mm 时，塑件成形后发生的翘曲变形量最小。

通过工艺 优化与结构优化设计后，总翘曲变形量与未优化前相比减少了 80.4%， 取得了满意的优化效果 关键词：关键词：注塑成型，翘曲，工艺优化，移动最小二乘，响应曲面，粒子 群 上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 III 页 PROCESS OPTIMIZATION OF INJECTION PART BASED ON MOVING LEAST SQUARES RESPONSE SURFACE METHOD ABSTRACT How to reduce the warpage is always bothering the engineers. Only relying on experience, skills and trials cannot solve the problem. This study focused on the research of processing parameters’ impact on the warpage of plastic part based on CAE simulation. A response surface model based on moving least squares method was proposed to be applied on the optimization of the processing parameters in order to set up a prediction model between warpage and processing parameters. The particle swarm optimization method was used to search for the minimum warpage value and its corresponding processing parameters. The main work of the study includes: 1. An accurate and reliable CAE simulation model was set up. A typical electric housing part was chosen as the study object. The warpage result from the CAE simulation was compared with the actual part’s warpage measured from CMM. The result proved the reliability of the CAE simulation for this electric housing part. 2. The impacts of different processing parameters on warpage were evaluated using Taguchi method. The result showed that melt temperature and packing pressure have the most significant effect on warpage, while injection time, mold temperature, packing time have little effect on warpage. 3. A response surface model based on moving least squares method was proposed. The algorithm was achieved in Matlab and validated by an example. The significant factors as melt temperature and packing pressure were used as design factors and warpage value was set as the optimization 上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT 第 IV 页 aim. The non-linear relationship between processing parameters and warpage was thus set up. 4. The optimization of processing parameters was achieved by utilizing the particle swarm optimization method integrated with the response surface model. The result showed that the warpage was reduced by 44.8% after optimization. 5. In order to reduce the warpage, a further study on structure optimization was carried out. The thickness of the part and the dimensions of the ribs added on the parts were selected as design factors and warpage was selected as the optimization aim. The Taguchi method was exploited to study the impact of different structure of the part. After the process optimization and strucutal optimizaiton, the warpage of the plastic housing part was reduced by 80.4%. Keywords: Injection, warpage, process optimization, moving least squares, response surface, particle swarm optimization 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名：周凤佳 日期： 年 月 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密保密□，在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密不保密□ （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：周凤佳 指导教师签名：周雄辉 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 上海交通大学硕士学位论文 第一章 绪论 第 1 页 第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言引言 近年来，随着塑料工业的飞速发展，通用塑料与工程塑料制品在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围在不断扩大，在家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，所占的比例正在迅猛增加。

据国家统计局最新公布的统计数据显示，2006 年全国塑料制品产量达 2801.9 万吨，比上年增长18.68%[1]对于塑料产品和注塑过程的研究以及如何提高塑料产品质量的问题在国际上得到了广泛的重视 注塑产品的常见缺陷有熔接痕、翘曲变形、气穴等，对产品的外观、尺寸精度和装配等方面都造成了影响其中翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品最严重的缺陷之一随着塑料工业的发展，人们对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高，翘曲变形作为评定产品质量的重要指标，也越来越多地受到设计者的关注与重视 影响注塑制品翘曲变形的因素很多，可以分为四大类，包括塑料材料、产品形状、 模具结构和成型工艺条件[2]塑料的取向能力和结晶性能会显著影响翘曲变形，取向材料比非取向材料更容易翘曲；结晶型聚合物翘曲变形的倾向比无定型聚合物的要大；如果聚合物中有添加剂，则会加大注塑制品翘曲变形程度；产品形状、尺寸、加强筋、表面装饰性浮雕等，能显著影响到充模性能、冷却效果、导致制品取向、内应力、收缩等分布不均匀，翘曲变形也就无法避免；浇注系统及。