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1、第20卷第3期高分子材料科学与工程Vol.20,No.32004年5月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGMay2004X基于流动平衡的注塑模浇口位置优化设计11112余晓容,申长雨,李 倩,杨 洋,任庆雯(1.郑州大学橡塑模具国家工程研究中心,河南郑州450002;2.云南省轻纺工业设计院,云南昆明650041)摘要:注塑成型可以制作大量具有高精度和复杂型腔形状的制件,其中注塑模浇口位置的设定是整个模具设计中关键的一步,它决定了聚合物流动方向和流动平衡性。文中通过引入等效流长的概念,建立了浇口位置优化问题。采用遗传算法
2、自动搜索最佳浇口位置,使得不同流动路径的等效流长差异的算术平均值最小,从而得到平衡流动。算例表明,该法可以快捷地得到优化的浇口位置。关键词:注塑成型;流动平衡;等效流长;遗传算法+中图分类号:TQ320.662 文献标识码:A 文章编号:100027555(2004)0320159204[6] 注塑模模具设计中,浇口位置是关键的一动,可采用广义的Hele2Shaw模型来描述。相个设计变量。制件的质量好坏很大程度上取决应的质量和动量连续性方程为:于浇口位置,一个不正确的浇口位置将会导致5u5v+=0(1)过压、高剪切率、很差的熔接线性质和翘曲等一5x
3、5y系列缺陷[1]。因此围绕浇口位置的优化,国内外5p55u-(G)=0(2)5x5z5z[2～5]展开了一系列的研究工作。但这些研究均5p55v采用数值分析软件模拟熔体在型腔中的流动行-(G)=0(3)5y5z5z为,并根据模拟结果评判制件质量。由于运行一式中:x,y——平面坐标;z——厚度方向上的次数值分析所需的时间往往根据模型的大小和坐标;u,v——x,y方向上的速度分量;G——剪复杂程度从几秒到几个小时不等,而优化过程切粘度,它是剪切速率C的函数。需要运行数值分析软件成百上千次,所以限制假定流场关于型腔中心层对称,熔体在模了这些优化算法的普及和应用。
4、壁处粘附于壁,则有:笔者首先对塑料熔体在型腔中的流动行为(u,v)=0atz=h(4)进行研究,基于合理的假设建立了等温条件下5u5v==0atz=0(5)熔体流动长度和型腔厚度的函数关系。然后引5z5z入流动路径和等效流长的概念,建立了以浇口h为型腔半高。分别对方程(2)、(3)沿z向三次位置为设计变量,获得流动平衡为目标的浇口积分,并利用条件(4)和(5)可得到厚度方向的位置优化问题。采用遗传算法搜索令不同流动平均速度,即:路径的等效流长差异算术平均值趋于最小的浇qS5pu=-(6)口位置h5x,从而得到平衡的熔体充填模式。lS5pv=-(7)1 流动长
5、度与型腔厚度函数关系的建立h5y式中S为流通率:塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有运动表面的粘性不可压缩的非牛顿流体的流X收稿日期:2003205223;修订日期:2003207221 基金项目:国家“十五”科技攻关项目和“工程塑料精密注射成型模具智能化技术研究”资助(2001BA203B16-02.) 作者简介:余晓容(1974-),女,博士生,讲师.Email:xryu@zzu.edu.cn©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.160高分子材料科学与工程2004年
6、 h[7]的直线,所以本文采用直线描述流动路径。结2S=(zöG)dz(8)∫合有限元网格模型,我们定义由浇口至型腔边0 通常描述熔体的非牛顿行为的粘度模型有界的各网格点的连线为流动路径。Fig.1给出幂率模型、Carreau模型和五参数、七参数了流动路径示意图。Cross模型。在充填阶段,熔体的剪切速率较高,采用幂率模型可以较好地描述熔体粘度的变化,而且幂率模型比较简单,所需参数较少,所以笔者采用幂率模型。即:n-1G(C)=mC(9)-1式中:m——稠度系数,表示C&=1(s)时的Fig.1Flowpathsketch粘度;n——流动指数。它们与流体的
7、种类和温2.2 等效流长度有关,与变形率无关。在本文,为了简化计算我们在前面已经得出:在相同的时间段和过程不考虑温度对熔体粘度的影响,将(9)式带压力下,熔体沿各流动路径流动的长度是不同入(8)得到:2+1ön的,它是流动路径上型腔厚度的函数。由(13)h-1+1önS(p)=k+(10)式,我们定义等效流动长度为:nö(n+1)其中,Le=k(Löh)(14)式中:L——熔体流动的实际长度;Le——等效5p25p21ön+=()+(),k=m(2+1ön)于熔体流经单位厚度型腔的长度,简称等效流5x5y长。这样厚度方向的平均速度(6)式和(7)式可重写2.
8、3 优化模型为:1+1ön由于不平衡流动往往是引发制
