塑料注塑模具的单浇口优化

摘要：本文介绍了一种对于塑料注塑模具单浇口位置优化的方法。 浇口优化的目的是最小化注塑件的翘曲，因为对于大多数注塑件来说，翘曲是一个关键的质量问题，而浇口位置对其影响很大。特征翘曲定义为特征表面上的最大位移与特征表面的预计长度之比来描述。 该优化结合数值模拟技术来寻找最佳的浇口位置，其中使用模拟退火算法来搜索最佳值。 最后，本文讨论了一个例子，可以得出结论，该方法是有效的。

关键词：注塑模具，浇口位置，优化，特征翘曲

1 引言

塑料注射成型是一种广泛使用的，复杂但高效的技术，适用于生产各类塑料产品，特别是那些生产要求高、公差要求较高、形状复杂的塑料产品。 注塑件的质量与塑料材料、零件几何形状、模具结构和工艺条件构成一定的函数关系。 注塑模具最重要的基本组成部分为以下三组部分：模腔、浇注系统（浇口、流道）、冷却系统。

拉姆和索沃（2000）以及金和拉姆（2002）通过改变零件的壁厚实现了腔体平衡。一个腔体平衡式填的充过程保证了压力和温度的均匀分布，可大大减少零件的翘曲变形。 但腔体平衡只是部件质量的一个重要影响因素。 特别是，该部件具有特定功能功能要求时，其厚度通常不能改变。

从注塑模具设计的角度来看，浇口的尺寸和位置，浇道系统的尺寸和布局通常都有其自身的特点。浇口尺寸和浇道布局通常被作为为定值。相对而言，如果浇口位置和浇道尺寸更灵活，则可以多方面影响零件的质量。因此，它们通常是固定的优化设计参数。

李和吉姆（1996a）优化了流道和浇口的尺寸，来平衡多腔注塑模的流道系统。流道平衡被只要是为了减少具有相同腔体的多腔模具的入口压力的差异；以及作为具有不同腔体积和几何形状的多腔模具的每个腔体中，熔融塑料在充型末期由于形状差异而产生的压力差。该方法统一了在多腔模具的整个成型的的腔体压力，以达到均匀分布。

翟等人（2005a）通过基于压力梯度的有效搜索方法（PGSS）提出了一个模腔的两个浇口位置优化，并随后通过改变多浇口模具的流道尺寸来形成所需熔接线形成位置。作为大容量部件，多浇口需要来缩短最大流量流道的路径，并适当降低注射压力。该方法有望用于设计具有多个浇口的单腔的浇口和浇道。

许多注塑件都是用一个浇口生产的，无论是单腔模具还是多腔模具。因此，单浇口的浇口位置是最常见的优化设计参数。库尔伯贝斯和加西亚（2002）提出了一种形状分析方法，通过该方法估算了注塑成型的最佳浇口位置。随后，他们进一步开发了这种方法，并将其应用于例如L形塑件的浇口定位优化（库尔伯贝斯，2005）。该方法使用简单，节省时间，但仅适用于厚度均匀的简单平板部件。

潘德里迪斯和邹（1990）通过与翘曲和材料退化有关的间接质量措施，提出了浇口位置的优化，该方法表示为不同温度、过度填充和摩擦热加权和。翘曲受上述因素影响，但它们之间的关系并不明确。因此，优化效果受确定的加权因子限制。

李和吉姆（1996b）开发了一种浇口位置的自动选择方法，其中由设计者提出一组初始浇口位置，然后通过相邻节点评估方法定位最佳浇口。该结论在很大程度上取决于人类设计者的判断，因为该方法的第一步是基于设计者的主张。所以结果是限制在设计师的经验上。

拉姆和金（2001）所发展的浇口位置优化方法，基于流径长度标准偏离的最小值（SD[L]）和充型过程中时间的标准偏差（SD[T]）。随后，申等人（2004a; 2004b）通过最小化填充压力的加权和，不同流径之间的填充时间差，温度差和过度填充比来优化浇口位置的设计。翟等人（2005b）使用充型结束时注射压力的准则研究评估了最佳浇口位置。这些研究人员提出了与注塑成型充型性能相关的客观函数，这些函数与产品质量相关。但是性能和质量之间的相关性非常复杂，他们至今没有得出他们之间明确的关系。为每项选择适当的权重选择也很困难。