一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法，包括：選擇工藝參數(shù)的種類，確定正交試驗(yàn)的因素，根據(jù)工藝參數(shù)的取值范圍，確定每個(gè)因素的水平，根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)選擇正交表；計(jì)算成型過(guò)程中制品的壓力分布、熔體溫度分布和剪切速率分布，并計(jì)算入口最大壓力、熔體最大溫差、最大剪切速率；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)第二步正交表中的每組工藝參數(shù)組合進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立制品質(zhì)量評(píng)價(jià)；根據(jù)上述制品質(zhì)量評(píng)價(jià)，采用支持向量分類機(jī)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練，計(jì)算最優(yōu)解和閾值；根據(jù)上述訓(xùn)練樣本以及最優(yōu)解和閾值構(gòu)造判別式，用以描述選取的參數(shù)的工藝窗口。本發(fā)明不需要全面試驗(yàn)，數(shù)值模擬的計(jì)算量小、可以直接通過(guò)判別函數(shù)描述高維度、非線性的工藝窗口。
【專利說(shuō)明】一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于塑料注射成型【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]注射成型過(guò)程中，熔體溫度、模具溫度、VP轉(zhuǎn)換位置、注射速率、保壓壓力、保壓時(shí)間工藝參數(shù)是決定塑料注射成型制品質(zhì)量的主要因素。其設(shè)置目前主要依賴于工藝人員的經(jīng)驗(yàn)與水平。但是由于塑料材料千差萬(wàn)別，模具結(jié)構(gòu)形式多樣，導(dǎo)致人工工藝參數(shù)設(shè)置困難，生產(chǎn)效率低、成品率低、重復(fù)精度差、質(zhì)量難以保證。
[0003]注射成型工藝參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中需要有較強(qiáng)的魯棒性，保證制品的穩(wěn)健生產(chǎn)。由于塑料注射機(jī)動(dòng)力、結(jié)構(gòu)和控制上的差異，以及模具制造的精度偏差帶來(lái)的不確定性，室溫、模具冷卻水溫等外部環(huán)境、液壓油泵油溫、機(jī)器損耗、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)疲勞等加工狀態(tài)的不斷變化，制品質(zhì)量會(huì)存在一定的波動(dòng)。魯棒的工藝參數(shù)設(shè)置有利于將制品質(zhì)量的波動(dòng)降低到最小。
[0004]工藝窗口是工藝參數(shù)空間的一個(gè)多維區(qū)域，包含了可以生產(chǎn)合格制品的工藝參數(shù)所有組合。當(dāng)只工藝參數(shù)數(shù)量為2時(shí)，該區(qū)域是近似矩形區(qū)域，與窗口相似，故被稱為工藝窗口，如附圖1所示。工藝參數(shù)設(shè)置應(yīng)位于工藝窗口內(nèi)，保證制造出合格的制品。
[0005]工藝窗口對(duì)確定工藝參數(shù)的魯棒性，保證穩(wěn)健生產(chǎn)具有重要意義:1)確定可以制造合格制品的工藝參數(shù)的取值范圍和調(diào)整幅度；2)工藝窗口的中心可以作為魯棒工藝參數(shù)的選擇依據(jù)；3)確定制品質(zhì)量對(duì)各工藝參數(shù)的敏感性。
[0006]但是，注射 成型工藝窗口的計(jì)算非常困難。主要因?yàn)樽⑸涑尚瓦^(guò)程中，工藝參數(shù)的數(shù)量多，之間存在強(qiáng)耦合、非線性關(guān)系，工藝窗口維度大，邊界不規(guī)則，準(zhǔn)確描述工藝窗口及計(jì)算其邊界非常困難。目前一般將工藝窗口的邊界面假設(shè)為平面，通過(guò)插值的方法獲得工藝窗口，見(jiàn) S.Kulkarni, Robust Process Development and Scientific Molding: Theoryand Practice:Hanser Gardner Publications, 2010:175-187.。這種方法一方面插值需要進(jìn)行大量的全面的實(shí)驗(yàn)，效率低下；另一方面邊界面的平面假設(shè)大大損耗了工藝窗口的精度，降低了其可信度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種塑料注射成型的工藝窗口的計(jì)算方法，克服工藝窗口高維度、非線性，現(xiàn)有技術(shù)描述困難、計(jì)算量大的難題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法，所述方法包括以下步驟:
[0009](I)選擇工藝參數(shù)的種類，確定正交試驗(yàn)的因素，根據(jù)工藝參數(shù)的取值范圍，確定每個(gè)因素的水平，根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)正交表；
[0010](2)以標(biāo)準(zhǔn)正交表中的工藝參數(shù)組合作為工藝條件，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算成型過(guò)程中制品的壓力分布、熔體溫度分布和剪切速率分布，并計(jì)算入口最大壓力Pmax、熔體最大溫差Δ Tniax、最大剪切速率^_;
[0011](3)根據(jù)第(2)步的計(jì)算結(jié)果，對(duì)第二步正交表中的每組工藝參數(shù)組合進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立制品質(zhì)量評(píng)價(jià)；
[0012](4)根據(jù)第(3)步建立的制品質(zhì)量評(píng)價(jià)，采用支持向量分類機(jī)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練，計(jì)算原始問(wèn)題對(duì)偶的二次規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解和閾值，用于(5)步中構(gòu)造判別式；
[0013](5)根據(jù)上述訓(xùn)練樣本和步驟(4)獲得的最優(yōu)解和閾值構(gòu)造判別式，用以描述(I)選取的參數(shù)的工藝窗口。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(1)包括如下步驟: [0015](1-1)選取熔體溫度TP、模具溫度Tm、注射速率V” VP轉(zhuǎn)換位置Vp、保壓壓力Pp和保壓時(shí)間tp,6個(gè)工藝參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)作為正交試驗(yàn)的因素，因素?cái)?shù)記為N ；
[0016](1-2)根據(jù)工藝參數(shù)的取值范圍，確定每個(gè)因素的水平，水平數(shù)記為M ;
[0017](1-3)根據(jù)確定的因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)選擇相應(yīng)的正交表Ln(mk)，正交表的選擇滿足m>M, k>N，其中m是正交表中各因素的水平數(shù)，k是因素?cái)?shù)，η是總試驗(yàn)次數(shù)；
[0018](1-4)根據(jù)上述選擇的正交表，確定后續(xù)進(jìn)行模擬分析的總次數(shù)為η。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟(2)包括如下步驟:
[0020](2.1)從正交表中選擇一組工藝參數(shù)組合(TP，Tm, Vi, Vp, Pp, tp)i作為工藝條件，i=l ~η ；
[0021](2.2)根據(jù)上述工藝參數(shù)組合，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算成型過(guò)程中制品的壓力分布、熔體溫度分布和剪切速率分布，并計(jì)算入口最大壓力Pmax、熔體最大溫差Λ Tmax、最大剪切速率
TOHI S
[0022](2.3)從正交表中選擇下一組工藝參數(shù)組合(Tp，Tm, Vi, Vp, Pp, tP)i+1，轉(zhuǎn)到步驟(2.1)，直至正交表結(jié)束。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(2.2)包括如下步驟:
[0024](2.2.1)確定制品的體積V、壁厚b、最大流動(dòng)長(zhǎng)度L，將制品簡(jiǎn)化為平板，平板的長(zhǎng)為1=L，寬為W=V/(bL)，高為b，并沿著長(zhǎng)高方向建立二維差分網(wǎng)格；
[0025](2.2.2)初始化參數(shù)，設(shè)置入口的溫度為熔體溫度TP，模具溫度為Tm，入口的剪切初始速率為O ;
[0026](2.2.3)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻熔體的粘度Π和流動(dòng)速率s:
【權(quán)利要求】
1.一種塑料注射成型工藝窗口的計(jì)算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)選擇工藝參數(shù)的種類，確定正交試驗(yàn)的因素，根據(jù)工藝參數(shù)的取值范圍，確定每個(gè)因素的水平，根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)選擇標(biāo)準(zhǔn)正交表； (2)以標(biāo)準(zhǔn)正交表中的工藝參數(shù)組合作為工藝條件，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算成型過(guò)程中制品的壓力分布、熔體溫度分布和剪切速率分布，并計(jì)算入口最大壓力、熔體最大溫差、最大剪切速率； (3)根據(jù)第(2)步的計(jì)算結(jié)果，對(duì)第二步正交表中的每組工藝參數(shù)組合進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立制品質(zhì)量評(píng)價(jià)； (4)根據(jù)第(3)步建立的制品質(zhì)量評(píng)價(jià)，采用支持向量分類機(jī)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練，計(jì)算原始問(wèn)題對(duì)偶的二次規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解和閾值，用于(5)步中構(gòu)造判別式； (5)根據(jù)上述訓(xùn)練樣本和步驟(4)獲得的最優(yōu)解和閾值構(gòu)造判別式，用以描述(I)選取的參數(shù)的工藝窗口。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)包括如下步驟: (1-ι)選取熔體溫度TP、模具溫度Tm、注射速率\、VP轉(zhuǎn)換位置Vp、保壓壓力Pp和保壓時(shí)間tp,6個(gè)工藝參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)作為正交試驗(yàn)的因素，因素?cái)?shù)記為N ； (1-2)根據(jù)工藝參數(shù)的取值范圍，確定每個(gè)因素的水平，水平數(shù)記為M ； (1-3)根據(jù)確定的因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)選擇相應(yīng)的正交表Ln(mk)，正交表的選擇滿足m>M, k>N，其中m是正交表中各因素的水平數(shù)，k是因素?cái)?shù)，η是總試驗(yàn)次數(shù)； (1-4)根據(jù)上述選擇的正交表，確定后續(xù)進(jìn)行模擬分析的總次數(shù)為η。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)包括如下步驟: (2.1)從正交表中選擇一組工藝參數(shù)組合(TP，Tm, Vi, Vp, Pp, tp)i作為工藝條件，i=l~η ； (2.2)根據(jù)上述工藝參數(shù)組合，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算成型過(guò)程中制品的壓力分布、熔體溫度分布和剪切速率分布，并計(jì)算入口最大壓力Pmax、熔體最大溫差Λ Tmax、最大剪切速率Y.(2.3)從正交表中選擇下一組工藝參數(shù)組合(Tp，Tm, Vi, Vp, Pp, tP)i+1，轉(zhuǎn)到步驟(2.1),直至正交表結(jié)束。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(2.2)包括如下步驟: (2.2.1)確定制品的體積V、壁厚b、最大流動(dòng)長(zhǎng)度L，將制品簡(jiǎn)化為平板，平板的長(zhǎng)為I=L,寬為W=V/ (bL)，高為b，并沿著長(zhǎng)高方向建立二維差分網(wǎng)格； (2.2.2)初始化參數(shù)，設(shè)置入口的溫度為熔體溫度TP，模具溫度為Tm，入口的剪切初始速率為O ; (2.2.3)計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻熔體的粘度Π和流動(dòng)速率s:
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中建立的制品質(zhì)量體系為: (3.1)剪切速率不超過(guò)材料允許的最大剪切速率； (3.2)熔體的最大溫差不大于設(shè)定閾值值； (3.3)不能有短射，即整個(gè)制品必須填充滿； (3.4)注射壓力不超過(guò)機(jī)器所能提供的最大值； 滿足上述條件的工藝參數(shù)組合為正類，標(biāo)記為+1，任何不滿足上述條件之一的工藝參數(shù)組為負(fù)類，標(biāo)記為-1 ;工藝參數(shù)組合和其分類共同組成η組訓(xùn)練樣本，記為:
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括如下步驟:
(4.1)對(duì)各因素的水平進(jìn)行歸一化處理，利用
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(4.2)中的核函數(shù)選用徑向基核函數(shù)，即 K (Xi, Xj) = exp (-Y I X1-Xj I2), Y >0。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)根據(jù)(4)求得的最優(yōu)解和閾值
U構(gòu)造判別函數(shù)以描述工藝窗口，構(gòu)造函數(shù)為
【文檔編號(hào)】B29C45/76GK103737877SQ201310703596
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】周華民, 張?jiān)? 李德群, 崔樹標(biāo), 黃志高, 李俊聰, 高煌, 李陽(yáng) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)