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塑料注塑成型过程中的流动优化 作者： L.W. Seow, Y.C. Lam * 摘 要： 对于塑件的注塑成型来说，模具和塑料零件的设计是非常复杂的 过程。产品的生产需要考虑生产速度和生产成本以及人体工程学和美学的要求等 多方面因素。 设计师要面对的一个有关设计质量问题就是型腔的平衡过程。 这需 要控制在填充时的塑性流动， 使熔体前沿在同一时间到达模具的边界。 不断的调 整各部分的厚度是一个繁琐的试验和不断调整误差的过程。本文描述了一种方 法，即厚度调整过程可以实现自动化。 优化程序是用来产生合适的厚度来平衡型 腔。该方法实现了在 PC机上与商业软件 Moldflow 通过接口的 Fortran 代码相连 接。使用该方法建立的几个基本的几何模型都取得了良好的效果。 1. 介绍 注塑成型过程包括聚合物熔体注入一个模具然后熔体冷却凝固后形成塑料 制品。一般来说这个过程包括充模、 保压和冷却三个阶段。 注塑成型的流行是因 为以目前这种方式能够快速生产大量产品。 仿真软件的引入对工业产生了重大的影响，在过去，更不了解注塑这个 过程本身。事实上，它是只被少数的专家所认识的一个“黑色艺术”。然而，现 在工程设计中越来越多地使用计算机， 商用软件的市场占有量也不断增加。 对于 不同的用户， 仿真软件可以模拟产生各种注塑过程的所有方面的结果。 工厂传统 的技术运行被较少费用的计算机仿真模拟所代替。 最近，塑料注塑成型的研究包括了越来越多的优化算法的论文， 重点是在生 成规范案列，以协助设计师在模具和零件设计中的工作。 Lee 和 Kim 用改进的复 杂方法来优化厚度不同的表面以减少翘曲的程度， 翘曲进一步降低来获得最佳的 工艺条件。 Pandelidis 和 Zou 用质量函数定义了注入浇口的最佳位置，同时还 包括一个质量功能： 温度差异， 过保压和摩擦加热。 结合模拟退火法和爬山法是 用来寻找最佳节点。 过程变量如何进行优化， 将在以后的文章中说明。 基姆还研 究了最佳浇口位置对翘曲、 焊缝和焊线和缺口冲击强度的影响。 一个密集的搜索 程序，避免了设计师首先选择一些不可行的浇口位置。 根据节点使用的标准然后 进行本地搜索， ，以保证节点的质量。 Jong 和 Wang描述了这个系统的优化设计。 在本文中， 提出的方法的重点是又来了减少失真的型腔平衡。 通过平衡的流 动，降低塑件的残余应力。 除了节省材料和减少周期时间， 也可以消除熔接痕和 气泡的存在。 1.1 型腔平衡 腔平衡仍然是一个很大程度上依赖于人类的相互作用和输入的区域。 型 腔平衡的主要目的是满足在等压的情况下前沿塑料熔体的流动在能够在同一时 间到达模具的边界的设计标准。 平衡流动对最终产品的质量至关重要，因为在填充过程中的不平衡流动 往往导致翘曲变形。考虑一个厚度均匀和中心镂空的矩形空型腔，如图 1 所示。 图 1. 矩形模具的填充图案 在熔融塑料被注入到模具中的填充阶段，扩大的循环流将首先填充顶部 和底部的边缘。 这些边缘将继续填充， 然后熔融的材料再填充模具的角和边。 其 结果是，边缘之间的过保压和高的压力差，会导致最终产品的失